让前女友后悔的绝招:自旋锁与互斥锁

自 旋锁与互斥锁有点类似，只是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了 锁，"自旋"一词就是因此而得名。其作用是为了解决某项资源的互斥使用。因为自旋锁不会引起调用者睡眠，所以自旋锁的效率远高于互斥锁。虽然它的效率比互 斥锁高，但是它也有些不足之处：
1、自旋锁一直占用CPU，他在未获得锁的情况下，一直运行－－自旋，所以占用着CPU，如果不能在很短的时 间内获得锁，这无疑会使CPU效率降低。
2、在用自旋锁时有可能造成死锁，当递归调用时有可能造成死锁，调用有些其他函数也可能造成死锁，如 copy_to_user()、copy_from_user()、kmalloc()等。
因此我们要慎重使用自旋锁，自旋锁只有在内核可抢占式或SMP的情况下才真正需要，在单CPU且不可抢占式的内核下，自旋锁的操作为空操作。自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况下。
自旋锁的用法如下：
首先定义：spinlock_t x;
然后初始化：spin_lock_init(spinlock_t *x); //自旋锁在真正使用前必须先初始化
在2.6.11内核中将定义和初始化合并为一个宏：DEFINE_SPINLOCK(x)

获得自旋锁：spin_lock(x);   //只有在获得锁的情况下才返回，否则一直“自旋”
spin_trylock(x); //如立即获得锁则返回真，否则立即返回假
释放锁：spin_unlock(x);

结合以上有以下代码段：

spinlock_t lock;        //定义一个自旋锁
spin_lock_init(&lock);
spin_lock(&lock);   
.......        //临界区
spin_unlock(&lock);   //释放锁

还有一些其他用法：
spin_is_locked(x)
//　　该宏用于判断自旋锁x是否已经被某执行单元保持（即被锁），如果是，   返回真，否则返回假。
spin_unlock_wait(x)
//　　该宏用于等待自旋锁x变得没有被任何执行单元保持，如果没有任何执行单元保持该自旋锁，该宏立即返回，否
//将循环    在那里，直到该自旋锁被保持者释放。

spin_lock_irqsave(lock, flags)
//　　该宏获得自旋锁的同时把标志寄存器的值保存到变量flags中并失效本地中//断。相当于：spin_lock()+local_irq_save()
spin_unlock_irqrestore(lock, flags)
//　　该宏释放自旋锁lock的同时，也恢复标志寄存器的值为变量flags保存的//值。它与spin_lock_irqsave配对使用。
//相当于：spin_unlock()+local_irq_restore()

spin_lock_irq(lock)
//该宏类似于spin_lock_irqsave，只是该宏不保存标志寄存器的值。相当         //于：spin_lock()+local_irq_disable()
spin_unlock_irq(lock)
//该宏释放自旋锁lock的同时，也使能本地中断。它与spin_lock_irq配对应用。相当于: spin_unlock()+local_irq+enable()

spin_lock_bh(lock)
//　　该宏在得到自旋锁的同时失效本地软中断。相当于： //spin_lock()+local_bh_disable()
spin_unlock_bh(lock)
//该宏释放自旋锁lock的同时，也使能本地的软中断。它与spin_lock_bh配对//使用。相当于：spin_unlock()+local_bh_enable()

spin_trylock_irqsave(lock, flags)
//该宏如果获得自旋锁lock，它也将保存标志寄存器的值到变量flags中，并且失//效本地中断，如果没有获得锁，它什么也不做。因此如果能够立即 获得锁，它等//同于spin_lock_irqsave，如果不能获得锁，它等同于spin_trylock。如果该宏//获得自旋锁lock，那需要 使用spin_unlock_irqrestore来释放。

spin_trylock_irq(lock)
//该宏类似于spin_trylock_irqsave，只是该宏不保存标志寄存器。如果该宏获得自旋锁lock，需要使用spin_unlock_irq来释放。
spin_trylock_bh(lock)
//　　该宏如果获得了自旋锁，它也将失效本地软中断。如果得不到锁，它什么//也不做。因此，如果得到了锁，它等同于spin_lock_bh，如果得不到锁，它等同//于spin_trylock。如果该宏得到了自旋锁，需要使用spin_unlock_bh来释放。
spin_can_lock(lock)
//　　该宏用于判断自旋锁lock是否能够被锁，它实际是spin_is_locked取反。//如果lock没有被锁，它返回真，否则，返回 假。该宏在2.6.11中第一次被定义，在//先前的内核中并没有该宏。

互斥锁主要用于实现内核中的互斥访问功能。内核互斥锁是在原子 API 之上实现的，但这对于内核用户是不可见的。对它的访问必须遵循一些规则：同一时间只能有一个任务持有互斥锁，而且只有这个任务可以对互斥锁进行 解锁。互斥锁不能进行递归锁定或解锁。一个互斥锁对象必须通过其API初始化，而不能使用memset或复制初始化。一个任务在持有互斥锁的时候是不能结 束的。互斥锁所使用的内存区域是不能被释放的。使用中的互斥锁是不能被重新初始化的。并且互斥锁不能用于中断上下文。但是互斥锁比当前的内核信号量选项更 快，并且更加紧凑，因此如果它们满足您的需 求，那么它们将是您明智的选择。


1、定义并初始化：
struct mutex mutex;
mutex_init(&mutex);

直接定于互斥锁mutex并初始化为未锁定，己count为1，wait_lock为未上锁，等待队列wait_list为空。
2、获取互斥锁：
(1)具体参见linux/kernel/mutex.c
void inline fastcall __sched mutex_lock(struct mutex *lock);
获取互斥锁。实际上是先给count做自减操作，然后使用本身的自旋锁进入临界区操作。首先取得count的值，在将count置为－1，判断如果原来 count的置为1，也即互斥锁可以获得，则直接获取，跳出。否则进入循环反复测试互斥锁的状态。在循环中，也是先取得互斥锁原来的状态，在将其之为 －1，判断如果可以获取(等于1)，则退出循环，否则设置当前进程的状态为不可中断状态，解锁自身的自旋锁，进入睡眠状态，待被在调度唤醒时，再获得自身 的自旋锁，进入新一次的查询其自身状态(该互斥锁的状态)的循环。
(2)具体参见linux/kernel/mutex.c
int fastcall __sched mutex_lock_interruptible(struct mutex *lock)；
和mutex_lock()一样，也是获取互斥锁。在获得了互斥锁或进入睡眠直到获得互斥锁之后会返回0。如果在等待获取锁的时候进入睡眠状态收到一个信号(被信号打断睡眠)，则返回_EINIR。
(3)具体参见linux/kernel/mutex.c
int fastcall __sched mutex_trylock(struct mutex *lock);
试图获取互斥锁，如果成功获取则返回1，否则返回0，不等待。
3、释放互斥锁：
具体参见linux/kernel/mutex.c
void fastcall mutex_unlock(struct mutex *lock);
释放被当前进程获取的互斥锁。该函数不能用在中断上下文中，而且不允许去释放一个没有上锁的互斥锁。
五、使用形式：
struct mutex mutex;
mutex_init(&mutex); /*定义*/
...
mutex_lock(&mutex); /*获取互斥锁*/
... /*临界资源*/
mutex_unlock(&mutex); /*释放互

斥锁*/