Linux 锁机制

Linux 锁机制

自旋锁

自旋锁（spin lock）是在多处理器环境中的锁（单处理机系统上，这种锁不起作用），如果内核控制路径发现自旋锁未上锁，就获取锁并执行；如果内核控制路径发现已经上锁，就在周围“旋转”，反复执行循环指令，等待锁被释放。
自旋锁是一种非阻塞锁，在上锁时间较短时，效率远高于互斥锁，如果上锁时间较长，会占用CPU资源。

互斥锁

读写锁是一种特殊的自旋锁，读写锁的引入为了增加内核的并发能力，只要没有内核控制路径对数据结构进行修改，读写锁允许多个内核控制路径同时读同一数据结构，如果有内核控制路径想对数据结构进行写操作时，会获取写锁，写锁会独占资源。允许数据并发读提高了系统的性能。

顺序锁

在读写锁中，内核控制路径发出的读锁和写锁具有相同的优先级，读者必须等待写操作完成，同样，写者也必须等待读操作的完成，Linux 2.6中引入顺序锁（seqlock），为写操作赋予更高的优先级，在读操作正在进行时，也允许写操作运行。这样的好处是使写操作不再等待，缺点是读操作不得不反复读相同的数据直到获取有效的副本。

互斥锁

互斥锁（metux）用来实现内核的互斥访问功能，是一种阻塞锁，内核控制路径获取锁失败时，会被挂起，直到锁被释放时才被唤醒。

读—拷贝—更新（RCU）

读—拷贝—更新是为了保护在多数情况下被多个CPU读的数据而设计的同步技术。RCU允许多个读者和写着并发执行。同时RCU不使用CPU共享的锁和计数器，具体实现如下
1.RCU只保护被动态分配并通过指针引用的数据结构
2.在被RCU保护的临界区中，任何内核控制路径不能睡眠。

当内核控制路径读取被RCU保护的数据结构时，执行宏rcu_read_lock( )，读者间接引用该数据结构指针所指的内存单元，开始读取这个数据结构，用宏rcu_read_unlock( )标记临界区的结束。
写者在写操作时间接引用指针并生成数据结构的副本，写者修改副本，一旦修改完毕，写者改变指向数据结构的指针，使它指向被修改的副本，由于修改指针值的操作时原子操作，所以旧副本和新副本对每个读者或写者都可见。

RCU技术的困难在于：写者修改指针时不能立即释放数据结构的旧副本。只有在CPU上所有潜在读者都执行完宏rcu_read_unlock( )之后才能释放旧副本。