自旋锁 互斥锁

本文从以下3个方面来介绍。
1. 为什么会有自旋锁、互斥锁？
2. 什么是自旋锁、互斥锁？
3. 分别有什么作用？

1. 为什么会有自旋锁、互斥锁？

讲这些锁之前，先谈以下并发、临界区、同步的概念。

1.1 并发 临界区 同步

临界区：是操作系统的概念，每个进程中访问共享资源的代码段称为临界区；
并发：分为单处理器和多处理器上的并发。
如果在单处理器主机上发生并发，在这种主机中多个线程共享同一个 CPU 并且抢占（preemption）创建竞态条件。抢占 通过临时中断一个线程以执行另一个线程的方式来实现 CPU 共享。竞态条件发生在两个或更多线程操纵一个共享数据项时，其结果取决于执行的时间；
如果在在多处理器计算机中并发，其中每个处理器中共享相同数据的线程同时执行。注意在 MP 情况下存在真正的并行（parallelism），因为线程是同时执行的。而在 UP 情形中，并行是通过抢占创建的。
下面通过一个例子来说明并发：
如果不是并发：
对资源i的访问：ProcessA和B访问后得到正确的结果应该是9：

进程是并发执行，有可能得到的结果是：8

于是，为了阻止这种情况发生，保证对资源访问的原子操作，引入了锁机制。
这里又引入了一个新名词，什么是原子操作。一操作系统老师说过，最烦解释一个名词时又使用另外一个名词。
原子操作：不可被中断的一个或一系列操作。
同步：同步的概念一般和互斥的概念一起讲。进程同步也是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。

1.2 锁

通过加锁来保证进程间的同步，因为加锁后，进程对共享资源的访问操作都是原子操作，不会出错（另外一种常用的同步机制是barrier，之前在块设备层见过barrier）。
锁的种类有很多，如互斥锁，自旋锁，读写锁，现在用的比较多的是互斥锁和自旋锁，所以下面介绍一下互斥锁和自旋锁。

2. 互斥锁和自旋锁

2.1 两种锁的基本概念

互斥锁(mutexlock)：最常使用于线程同步的锁；标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象，同一线程多次加锁操作会造成死锁；
自旋锁(spinlock)：同样用来标记只能有一个线程访问该对象，在同一线程多次加锁操作会造成死锁；

2.2 两种锁的对比

两种锁的加锁原理
互斥锁：线程会从sleep（加锁）——>running（解锁），过程中有上下文的切换，cpu的抢占，信号的发送等开销。
自旋锁：线程一直是running(加锁——>解锁)，死循环检测锁的标志位，机制不复杂。
两种锁的区别
互斥锁的起始原始开销要高于自旋锁，但是基本是一劳永逸，临界区持锁时间的大小并不会对互斥锁的开销造成影响，而自旋锁是死循环检测，加锁全程消耗cpu，起始开销虽然低于互斥锁，但是随着持锁时间，加锁的开销是线性增长。
两种锁的应用
互斥锁用于临界区持锁时间比较长的操作，比如下面这些情况都可以考虑：
1 临界区有IO操作
2 临界区代码复杂或者循环量大
3 临界区竞争非常激烈
4 单核处理器
至于自旋锁就主要用在临界区持锁时间非常短且CPU资源不紧张的情况下。

3. 有什么用

就是起同步作用，保护共享资源。
补充一个死锁的概念：
死锁是指多个执行线程互相等待被对方占用的资源，但永远不会释放各自拥有的资源，导致众线程永远无法得到执行。
死锁发生的4个必要条件：
）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
2）请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
3）不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
4）环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。（百度百科）

参考：
[1] http://blog.chinaunix.net/uid-22002972-id-1805575.html
[2] http://www.cnblogs.com/bastard/archive/2012/09/19/2694243.html
[3] http://blog.csdn.net/kyokowl/article/details/6294341
[4] http://www.cnblogs.com/CareySon/archive/2012/04/14/Process-SynAndmutex.html
[5] http://www.cnblogs.com/hdflzh/p/3716156.html