1.Linux信号量、自x自互斥锁、旋锁旋锁自旋锁
2.深入理解Linux 内核同步：自旋锁（Spinlock）
3.自旋锁与互斥锁的源码对比、手工实现自旋锁
4.spinlock（linux kernel 自旋锁）
5.Linux内核中的分析各种锁：信号量/互斥锁/读写锁/原子锁/自旋锁/内存屏障等
6.Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析

Linux信号量、互斥锁、使用自旋锁

       信号量是自x自拼单源码开发协调进程间数据对象的一种机制。其本质是旋锁旋锁计数器，用于记录对资源（如共享内存）的源码存取状况。信号量有获取和释放操作。分析

       互斥锁提供“互相排斥”同步的使用简单形式，禁止多线程同时进入受保护代码区域，自x自保证唯一性。旋锁旋锁互斥体实际上是源码在信号量为1时的简化版本。

       自旋锁在任何时候只允许一个执行单元获得锁。分析与互斥锁不同，使用自旋锁不会让调用者进入睡眠状态，而是在保持者释放锁时循环等待。因此，自旋锁适用于保持时间短的情况，且不适用于中断，而信号量和读写信号量则允许在中断中使用。

       信号量适用于进程间或线程间通信，互斥锁主要用于线程间通信。

深入理解Linux 内核同步：自旋锁（Spinlock）

       当内核需要解决资源冲突时，有两种主要的锁机制：Spinlock，它是一种独特的原地等待策略。自旋锁被设计用于进程上下文的并发访问，但在中断上下文或长时间持有时需谨慎使用，因为它可能导致CPU资源浪费。

       在Linux内核中，当共享数据可能被中断和进程上下文同时访问时，优先选择spin lock。中断上下文不允许睡眠，因此spin lock是理想的选择。自旋锁的实现可以通过动态或静态定义，但必须注意避免死锁，尤其是直播课程平台源码当进程被中断打断时。

       Linux内核针对不同场景做了优化。例如，对于抢占上下文，进程A和B并发访问共享资源时，A锁住spin lock后，即使被中断处理程序抢占，也会禁止本CPU的抢占，以避免无限spin。在中断上下文中，使用spin lock时，还需配合禁止本地中断，防止锁的持有导致死锁。而对于底半部（Bottom Half）的处理，通常可以简单地禁用相关部分以避免过度使用。

       自旋锁的实现涉及到数据结构，如spinlock_t，其基本操作包括获取（spin_lock）和释放（spin_unlock）。在SMP架构上，实现更为复杂，需要处理锁的获取和释放，以及运行时检查锁的有效性。例如，ARM平台的spin lock使用了基于ticket的机制，通过改变锁的状态来控制访问顺序，避免无序竞争带来的性能问题。

       总的来说，自旋锁在Linux内核中的使用是灵活而精细的，需要根据具体场景和硬件特性来选择和配合使用，以确保系统的稳定性和性能。

自旋锁与互斥锁的对比、手工实现自旋锁

       自旋锁与互斥锁对比、实现与性能分析

       自旋锁，不同于一般互斥锁，以忙等待形式检查锁是否可用，适用于短期持有锁的场景。它能够提高程序性能，展示数据源码尤其是在多CPU环境下，对持有锁较短的程序。自旋锁在多线程环境中，当一个线程尝试获取锁时，会不断循环检查锁是否可用，直到锁释放。

       自旋锁的主要特征在于，当自旋锁被一个线程获得时，它不能被其他线程获得。其他尝试获取该锁的线程将自旋等待，直到锁可用为止。在多核处理器中，自旋锁可以避免线程阻塞时的上下文切换，从而提高性能。

       自旋锁在使用时需要注意资源消耗问题，包括建立锁和线程被阻塞时的资源消耗。POSIX提供的自旋锁相关函数用于初始化、操作和销毁自旋锁，确保线程安全。

       自旋锁与互斥锁的区别在于实现原理和资源消耗。互斥锁通过睡眠等待机制来保护共享资源，适用于长时间持有锁的场景。相比之下，自旋锁采用忙等待，适用于短期持有锁的情况，但可能消耗更多CPU资源。

       自旋锁适用于需要快速访问临界资源的场景，如多核处理器上对短时间资源的访问。而互斥锁则适用于长时间持有锁、资源访问频繁但不密集的情况，以避免频繁的上下文切换。

       在Linux内核中，自旋锁的实现基于非抢占模式，避免了睡眠导致的死锁风险。自旋锁保护的代码区域禁止抢占，即使无法立即获取锁，神针指标源码线程也不会睡眠，从而避免了死锁的发生。

       在实际应用中，自旋锁与互斥锁的效率对比取决于具体场景。当临界区只包含简单的操作（如++i）时，自旋锁通常表现出更高效的性能。然而，当临界区包含复杂的操作或循环时，自旋锁的性能优势可能减弱，甚至不如互斥锁。

       在C++中，实现自旋锁可以利用原子操作或专用库函数，以确保线程安全和高效。通过合理选择锁机制，开发者可以优化程序性能，同时保证线程安全。

spinlock（linux kernel 自旋锁）

       在Linux内核的世界里，自旋锁spinlock犹如守护者，守护着数据的临界区，确保并发访问的有序性。它不依赖于睡眠，而是通过连续的CPU循环来尝试获取锁，这在中断处理和进程上下文中表现出了极高的效率，但也可能造成CPU资源的浪费。自旋锁有三种主要实现方式：CAS（Compare and Swap）模式，简单直接但竞争随机；Ticket模式，引入公平性但消耗CPU；而MCS（Multi-CPU Scalable）模式，是对Ticket模式的优化，通过链表通知减少了CPU空转，实现了更高的效率与内存利用。

       在Linux内核的广泛应用中，自旋锁的性能优化尤为重要，尤其是在多线程竞态的极端场景。例如，MCS模式虽然牺牲了一定的内存使用，但其高效性能使之成为首选。网络投票程序源码特别是针对内存密集型的应用，qspinlock的出现，通过一个位原子变量巧妙地管理locked、pending和tail，实现了内存节省和高效操作。然而，这种复杂性也意味着在编写和维护时需要更加谨慎。

       要使用自旋锁，只需在spinlock.h>中引入相关头文件，定义spinlock并调用spin_lock、spin_unlock进行加锁解锁。举个实例，当处理中断和进程混合的并发任务时，spinlock能够确保数据的一致性。内核提供了多种API，如spin_lock, spin_unlock用于无中断操作，spin_lock_irq, spin_unlock_irq则避免了中断的嵌套，spin_is_locked函数则用于检查锁的状态。

       源代码的精髓隐藏在kernel\locking\spinlock.c和qspinlock.c中，头文件位于include\linux\spinlock.h。最新的Linux kernel 5..5 stable tree中包含了这些实现。深入研究源码，你会发现自旋锁的实现层次结构，从spin_lock到do_raw_spin_trylock，再到arch_spin_trylock，映射着qspinlock等优化方案。

       对于内核开发者来说，自旋锁的优化是一个动态发展的领域，新的解决方案可能会不断涌现。想要深入了解，不妨关注我们的专业专栏RTFSC（Linux kernel源码轻松读），这里有丰富的原创内容，助你探索更深层次的内核世界。

Linux内核中的各种锁：信号量/互斥锁/读写锁/原子锁/自旋锁/内存屏障等

       在Linux内核中，各种类型的锁扮演着关键角色，确保并发环境下的数据一致性与资源安全。让我们逐一解析：

       1. **原子锁/自旋锁（CPU）**：针对多核环境，原子变量提供了总线级的原子操作，如x的Lock指令，用于保护共享数据。自旋锁则用于忙等待，一旦锁被占用，线程会循环等待直到获取，适用于快速响应场景，但需控制粒度以避免CPU资源浪费。

       2. **信号量/互斥锁（临界区）**：信号量用于管理临界区资源数量，允许多个线程等待和释放。互斥锁则确保一次只有一个线程进入临界区，互斥锁如std::timed_mutex提供了超时选项，避免长时间阻塞。

       3. **读写锁/抢占（临界区）**：读写锁适合读多写少的场景，允许多线程读取，限制写入。抢占机制允许内核根据优先级动态切换进程，解决资源争用。

       4. **Per-CPU（cache）**：per-cpu变量用于处理多CPU下缓存一致性问题，确保数据在不同CPU间的同步。

       5. **RCU机制（内存）**：RCU通过读复制更新，允许多读同时进行，写时复制一份副本，避免读写冲突。

       6. **内存屏障（内存）**：内存屏障控制内存访问顺序，解决编译器和CPU层面的内存乱序，确保指令执行的预期顺序。

       内核中使用这些锁的例子包括进程调度、文件系统、网络协议栈和内存管理，它们保护关键数据结构，防止并发操作导致的错误。

       总之，这些锁在Linux内核中协作工作，确保系统的稳定性和并发性能，是实现并发控制和数据一致性的重要工具。

Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析

       RCU 的全称是 Read-Copy-Update，代表读取-复制-更新，作为 Linux 内核提供的一种免锁机制，它在锁实现方案中独树一帜。在面对自旋锁、互斥锁、信号量、读写锁、req 顺序锁等常规锁结构时，RCU 提供了另一种思路，追求在无需阻塞操作的前提下实现高效并发。

       RCU 通过链表操作实现了读写分离。在读任务执行时，可以安全地读取链表中的节点。然而，若写任务在此期间修改或删除节点，则可能导致数据不一致问题。因此，RCU 采用先读取后复制、再更新的策略，实现无锁状态下的高效读取。这与 Copy-On-Write 技术相似，先复制一份数据，对副本进行修改，完成后将修改内容覆盖原数据，从而达到高效、无阻塞的操作。

       图中展示了链表操作的细节，每个节点包含数据字段和 next 指针字段。在读任务读取节点 B 时，写任务 N 执行删除操作，导致 next 指针指向错误的节点，从而引发业务异常。此时，若采用互斥锁，则能够保证数据一致性，但系统性能会受到一定程度的影响。读写锁和 seq 锁虽然在一定程度上改善了性能，但仍存在一定的问题，如写者饥饿状态或读者阻塞。

       RCU 的实现旨在避免以上问题，让读任务直接获取锁，无需像 seq 锁那样进行重试，也不像读写锁和互斥锁那样完全阻塞读操作。RCU 通过在读任务完成后再删除节点，实现先修改指针，保留副本，注册回调，等待读任务释放副本，最后删除副本的过程。这种机制使得读任务无需阻塞等待写任务，有效提高了系统性能。

       内核源码中，RCU 通过 `rcu_assign_pointer` 修改指针，`synchronize_kernel` 等待所有读任务完成，而读任务则通过 `rcu_read_lock`、`rcu_read_unlock` 和 `rcu_dereference` 来上锁、解锁和获取引用值。这种设计在一定程度上借鉴了垃圾回收机制，通过写者修改引用并保留副本，待所有读任务完成后删除副本，从而实现高效、并发的操作。在 `rcu_read_lock` 中，禁止抢占确保了所有读任务完成后才释放锁，开启抢占，这为读任务提供了宽限期，等待所有任务完成。

       总之，RCU 作为一种创新的锁实现机制，通过链表操作和读写分离策略，为 Linux 内核提供了一种高效、无阻塞的并发控制方式。其源码解析展示了如何通过内核函数实现读取-复制-更新的机制，以及如何通过宽限期确保数据一致性，从而在保证性能的同时，提供了一种优雅的并发控制解决方案。

Linux中的各种锁及其基本原理

       Linux服务器开发相关视频解析：

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       通过本文将了解到如下内容:

       1.Linux的并行性特征

       Linux作为典型的多用户、多任务、抢占式内核调度的操作系统，为了提高并行处理能力，无论在内核层面还是在用户层面都需要特殊的机制来确保任务的正确性和系统的稳定运行。这些机制类似于国家法律，确保每个公民的行为有条不紊。

       在内核层面，涉及软硬件中断、进程睡眠、抢占式调度、多处理器SMP架构等，内核需要处理资源抢占冲突。在用户层面，进程共享资源，完成进程间通信，尽管进程拥有独立虚拟地址空间，但资源共享场景仍需解决。

       线程层面，线程共享资源，资源冲突明显，因此多线程编程需关注线程安全性。

       无论内核还是用户空间，都需要机制解决资源共享问题，这些机制被称为同步与互斥。

       2.同步与互斥机制

       同步是按照约定顺序进行任务调度，互斥是解决资源竞争冲突的规则。互斥是同步的实现细节，同步是对宏观资源管理的一种说法。

       理解同步和互斥需要明确调度者、临界区域、信号量、条件变量等概念。

       Linux常用锁包括自旋锁、互斥锁、读写锁、RCU锁等。

       自旋锁原地轮询，避免系统唤醒，适用于短小、原子操作场景。

       互斥锁在获取锁失败时阻塞，系统唤醒，适用于资源代码较长的场景。

       读写锁允许读共享、写互斥，适合读多写少情况。

       RCU锁支持多读多写同时加锁，适用于读多写少的场景。

       Windows下Mutex与Critical Section可递归，Linux默认pthread_mutex_t锁非递归。

       条件变量与互斥锁配合使用，允许线程阻塞等待信号，弥补互斥锁的不足。

       Linux多线程与并发控制机制是系统稳定运行的关键，理解锁的原理与使用是高级开发者必备技能。