内核同步

原子操作

自旋锁

自旋锁（spin lock）和互斥锁类似，但是自旋锁在失败时不会放弃 CPU，而是不断尝试获取锁。直至成功。Linux 内核中的 自旋锁是不可递归的。

读写自旋锁

读写自旋锁和普通自旋锁类似，但是区分了读写操作。下面是相关的 API：

Table 1. linux/rwlock_types.h
API	作用
DEFINE_RWLOCK(x)	定义一个名为 x 的读写自旋锁
rwlock_init	初始化读写锁
read_lock	读加锁
read_unlock	读解锁
write_unlock	写加锁
write_unlock	写解锁

内核中的读写自旋锁是一种读优先自旋锁，这意味着即使是在尝试获取写锁的过程中依然可以加读锁。

信号量

信号量分为两种：计数信号量和二值信号量。二值信号量可简单等价于可跨线程的互此锁，计数信号量的资源可以为任意值。

信号量的 PV 操作在内核中被称为 down 和 Up 操作。

信号量相关的 API 如下：

API	作用
DECLARE_MUTEX(x)	声明并初始化一个名为 x 的信号量。
sema_init	初始化一个信号量。
init_MUTEX(sem)	初始化一个互斥信号量。
down_interruptible	尝试获取信号量，允许中断。
down	尝试获取信号量，不允许中断。
down_trylock	无阻塞地尝试获取信号量。
up	释放一个信号量，如果休眠队列不为空，唤醒其中一个任务。

API

作用

DECLARE_MUTEX(x)

声明并初始化一个名为 x 的信号量。

sema_init

初始化一个信号量。

init_MUTEX(sem)

初始化一个互斥信号量。

down_interruptible

尝试获取信号量，允许中断。

down

尝试获取信号量，不允许中断。

down_trylock

无阻塞地尝试获取信号量。

释放一个信号量，如果休眠队列不为空，唤醒其中一个任务。

读写信号量

顺序锁

seqlock 和读写锁类似，都是针对读多写少的场景，但是顺序锁的读锁不会阻塞写锁。

由于读锁不会阻塞写锁，因此在进入临界区的时候并不会加锁，为了解决读脏数据的问题，seqlock 引入了 seqcount：

typedef struct {
     struct seqcount seqcount;
     spinlock_t lock;
} seqlock_t;

写锁在进入临界区后首先使用自旋锁进行加锁（因为写锁是互斥的），然后将 seqcount 加一，在退出临界区后再将 seqcount 加一。这样若 seqcount 为奇数，则表明有写锁在临界区。

读锁在进入临界区的时候会检查 seqcount，当 seqcount 为奇数的时候会陷入自旋状态，当 seqcount 为偶数时才会进入临界区。

当读锁退出临界区时会检查序号是否一致，若不一致，则需要重新读取数据。

顺序锁相关的 API 如下：

API	作用
DEFINE_SEQLOCK(x)	定义一个名为 x 的 seq 锁。
write_seqlock	获取写锁。
write_sequnlock	解锁写锁。
read_seqbegin	读临界区开始。
read_seqretry	尝试读取数据。

API

作用

DEFINE_SEQLOCK(x)

定义一个名为 x 的 seq 锁。

write_seqlock

获取写锁。

write_sequnlock

解锁写锁。

read_seqbegin

读临界区开始。

read_seqretry

尝试读取数据。

互斥锁

互斥锁和二值信号量功能类似。互斥锁的 API 如下：

API	作用
DECLARE_MUTEX(x)	定义一个名为 x 的互斥锁。
mutex_init	初始化一个已有的互斥锁。
mutex_lock	尝试加锁，如果失败则睡眠。
mutex_unlock	为指定 mutex 解锁。
mutex_trylock	尝试加锁，失败返回 0，成功返回 1。
mutex_is_locked	检查是否一个锁已经加锁。

API

作用

DECLARE_MUTEX(x)

定义一个名为 x 的互斥锁。

mutex_init

初始化一个已有的互斥锁。

mutex_lock

尝试加锁，如果失败则睡眠。

mutex_unlock

为指定 mutex 解锁。

mutex_trylock

尝试加锁，失败返回 0，成功返回 1。

mutex_is_locked

检查是否一个锁已经加锁。

内核中的互斥锁不是递归的。
加锁者和解锁者必须是同一个人。否则结果未定义。
持有 mutex 时进程不能退出。

内存顺序

see ../cpp/线程.html