当一个线程要访问某个共享资源的时候首先要先获取相应的锁, 锁只能被一个线程持有,只要此线程不释放持有的锁,那么其他的线程就不能获取此锁。 对于**自旋锁**而言,如果自旋锁正在被线程 A 持有,线程 B 想要获取自旋锁,那么线程 B 就会处于忙循环-旋转-等待状态,线程 B 不会进入休眠状态或者说去做其他的处理,而是会一直傻傻的在那里“转圈圈”的等待锁可用。
通俗的讲,自旋锁的“自旋”也就是“原地打转”的意思,“原地打转”的目的是为了等待自旋锁可以用,可以访问共享资源。 比如现在有个公用电话亭,一次肯定只能进去一个人打电话,现在电话亭里面有人正在打电话,相当于获得了自旋锁。此时你到了电话亭门口,因为里面有人,所以你不能进去打电话,相当于没有获取自旋锁,这个时候你肯定是站在原地等待,你可能因为无聊的等待而转圈圈消遣时光,反正就是哪里也不能去,要一直等到里面的人打完电话出来。终于,里面的人打完电话出来了,相当于释放了自旋锁,这个时候你就可以使用电话亭打电话了,相当于获取到了自旋锁 。
自旋锁只适用于短时期的轻量级加锁,原因就是等待自旋锁的线程会一直处于自旋状态,会浪费处理器时间,降低系统性能,所以自旋锁的持有时间不能太长 。
死锁现象:自旋锁会自动禁止抢占,也就说当线程 A得到锁以后会暂时禁止内核抢占 。线程A在持有锁期间若调用了引起休眠或者阻塞的函数,那么线程A自动放弃CPU使用权,但是线程A休眠没有执行完,就不会解锁,线程B 一直等待A解锁,并且这个时候还禁止内核抢占。一直无法释放锁,那么死锁就发生了。
自锁使用注意:
①、因为在等待自旋锁的时候处于“自旋”状态,因此锁的持有时间不能太长,一定要短,否则的话会降低系统性能。如果临界区比较大,运行时间比较长的话要选择其他的并发处理方式,比如稍后要讲的信号量和互斥体。
②、自旋锁保护的临界区内不能调用任何可能导致线程休眠的 API 函数,否则的话可能导致死锁。
③、不能递归申请自旋锁,因为一旦通过递归的方式申请一个你正在持有的锁,那么你就必须“自旋”,等待锁被释放,然而你正处于“自旋”状态,根本没法释放锁。结果就是自己把自己锁死了!
④、在编写驱动程序的时候我们必须考虑到驱动的可移植性,因此不管你用的是单核的还是多核的 SOC,都将其当做多核 SOC 来编写驱动程序
信号量常常用于控制对共享资源的访问 。
通俗的解释:比如 A 与 B、 C 合租了一套房子,这个房子只有一个厕所,一次只能一个人使用。某一天早上 A 去上厕所了,过了一会 B 也想用厕所,因为 A 在厕所里面,所以 B 只能等到 A 用来了才能进去。B 要么就一直在厕所门口等着,等 A 出来,这个时候就相当于**自旋锁。 B 也可以告诉 A,让 A 出来以后通知他一下,然后 B 继续回房间睡觉,这个时候相当于信号量。可以看出,使用信号量会提高处理器的使用效率,毕竟不用一直傻乎乎的在那里“自旋”等待。但是,信号量的开销要比自旋锁大,因为信号量使线程进入休眠状态以后会切换线程,切换线程就会有开销。总结一下信号量的特点:
①、因为信号量可以使等待资源线程进入休眠状态,因此适用于占用资源比较久的场合。
②、因此信号量不能用于中断**中,因为信号量会引起休眠,中断不能休眠。
③、如果共享资源的持有时间比较短,那就不适合使用信号量了,因为频繁的休眠、切换线程引起的开销要远大于信号量带来的那点优势 。
信号量有一个信号量值,相当于一个房子有 10 把钥匙,这 10 把钥匙就相当于信号量值为10。因此,可以通过信号量来控制访问共享资源的访问数量,如果要想进房间,那就要先获取一把钥匙,信号量值减 1,直到 10 把钥匙都被拿走,信号量值为 0,这个时候就不允许任何人进入房间了,因为没钥匙了。如果有人从房间出来,那他要归还他所持有的那把钥匙,信号量值加 1,此时有 1 把钥匙了,那么可以允许进去一个人。相当于通过信号量控制访问资源的线程数,在初始化的时候将信号量值设置的大于 1,那么这个信号量就是计数型信号量,计数型信号量不能用于互斥访问,因为它允许多个线程同时访问共享资源。
互斥访问表示一次只有一个线程可以访问共享资源 。
①mutex 可以导致休眠,因此不能在中断中使用 mutex,中断中只能使用自旋锁。
②和信号量一样, mutex 保护的临界区可以调用引起阻塞的 API 函数。
③因为一次只有一个线程可以持有 mutex,因此,必须由 mutex 的持有者释放 mutex。并且 mutex 不能递归上锁和解锁。