互斥锁，自旋锁，原子 *** 作原理和实现

注意：互斥锁在上锁的过程中，需要用自旋锁保证原子 *** 作（包括修改原子量和锁的相关数据结构）

自旋锁是采用忙等的状态获取锁，所以会一直占用cpu资源，但是允许不关闭中断的情况下，是可以被其他内核执行路径抢占的（中断嵌套的情况下，注意嵌套的中断不能申请同一个锁，这样会造成死等）。同时因为线程对cpu一直保持占用状态，所以对小资源加锁效率比较高，不需要做任何的线程切换，一般情况下如果加锁资源的运行延迟小于线程或者进程切换的时延则推荐使用自旋锁。如果需要等待耗时 *** 作，则建议放弃cpu，采用信号量或者互斥锁

上图指令可以实现加 *** 作的原子性，但是这种总线锁不能滥用，在没有共享同步问题的时候，这会阻止cpu并行计算的优化，甚至会阻塞cpu对其他内存的访问，导致效率的下降。所以除此之外我们可以使用缓存锁来执行复杂的原子 *** 作。

频繁使用的内存会缓存在处理器的L1、L2和L3高速缓存里，那么原子 *** 作就可以直接在处理器内部缓存中进行，并不需要声明总线锁，在Pentium 6和目前的处理器中可以使用“缓存锁定”的方式来实现复杂的原子性。 所谓“缓存锁定”是指内存区域如果被缓存在处理器的缓存行中，并且在Lock *** 作期间被锁定，那么当它执行锁 *** 作回写到内存时，处理器不在总线上声言LOCK＃信号，而是修改内部的内存地址，并允许它的缓存一致性机制来保证 *** 作的原子性，因为缓存一致性机制会阻止同时修改由两个以上处理器缓存的内存区域数据，当其他处理器回写已被锁定的缓存行的数据时，会使缓存行无效，在如图2-3所示的例子中，当CPU1修改缓存行中的i时使用了缓存锁定，那么CPU2就不能同时缓存i的缓存行。

但是有两种情况下处理器不会使用缓存锁定。

未完待续。。。。

https://www.cnblogs.com/alinh/p/6905221.html

https://blog.csdn.net/mcgrady_tracy/article/details/34829019

https://leetcode.com/discuss/interview-question/operating-system/125169/Mutex-vs-Semaphore

https://blog.csdn.net/zxx901221/article/details/83033998

https://leetcode.com/discuss/interview-question/operating-system/134290/Implement-your-own-spinlock

Linux系统中，实现线程同步的方式大致分为六种，其中包括：互斥锁、自旋锁、信号量、条件变量、读写锁、屏障。最常用的线程同步方式就是互斥锁、自旋锁、信号量：

1、互斥锁

互斥锁本质就是一个特殊的全局变量，拥有lock和unlock两种状态，unlock的互斥锁可以由某个线程获得，当互斥锁由某个线程持有后，这个互斥锁会锁上变成lock状态，此后只有该线程有权力打开该锁，其他想要获得该互斥锁的线程都会阻塞，直到互斥锁被解锁。

互斥锁的类型：

①普通锁：互斥锁默认类型。当一个线程对一个普通锁加锁以后，其余请求该锁的线程将形成一个等待队列，并在锁解锁后按照优先级获得它，这种锁类型保证了资源分配的公平性。一个线程如果对一个已经加锁的普通锁再次加锁，将引发死锁对一个已经被其他线程加锁的普通锁解锁，或者对一个已经解锁的普通锁再次解锁，将导致不可预期的后果。

②检错锁：一个线程如果对一个已经加锁的检错锁再次加锁，则加锁 *** 作返回EDEADLK对一个已经被其他线程加锁的检错锁解锁或者对一个已经解锁的检错锁再次解锁，则解锁 *** 作返回EPERM。

③嵌套锁：该锁允许一个线程在释放锁之前多次对它加锁而不发生死锁其他线程要获得这个锁，则当前锁的拥有者必须执行多次解锁 *** 作对一个已经被其他线程加锁的嵌套锁解锁，或者对一个已经解锁的嵌套锁再次解锁，则解锁 *** 作返回EPERM。

④默认锁：一个线程如果对一个已经解锁的默认锁再次加锁，或者对一个已经被其他线程加锁的默认锁解锁，或者对一个解锁的默认锁解锁，将导致不可预期的后果这种锁实现的时候可能被映射成上述三种锁之一。

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2、自旋锁

自旋锁顾名思义就是一个死循环，不停的轮询，当一个线程未获得自旋锁时，不会像互斥锁一样进入阻塞休眠状态，而是不停的轮询获取锁，如果自旋锁能够很快被释放，那么性能就会很高，如果自旋锁长时间不能够被释放，甚至里面还有大量的IO阻塞，就会导致其他获取锁的线程一直空轮询，导致CPU使用率达到100%，特别CPU时间。

3、信号量

信号量是一个计数器，用于控制访问有限共享资源的线程数。

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