linux互斥锁简介(内核态)

Posted 2021-04-24 Linux知识积累

一、什么是互斥锁

1、概念

互斥锁（Mutex）是在原子操作API的基础上实现的信号量行为。互斥锁不能进行递归锁定或解锁，能用于交互上下文但是不能用于中断上下文，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。当无法获取锁时，线程进入睡眠等待状态。

互斥锁是信号量的特例。信号量的初始值表示有多少个任务可以同时访问共享资源，如果初始值为1，表示只有1个任务可以访问，信号量变成互斥锁（Mutex）。但是互斥锁和信号量又有所区别，互斥锁的加锁和解锁必须在同一线程里对应使用，所以互斥锁只能用于线程的互斥；信号量可以由一个线程释放，另一个线程得到，所以信号量可以用于线程的同步。

2、数据结构

结构体成员说明：

1、atomic_t count;

指示互斥锁的状态：1 没有上锁，可以获得；0 被锁定，不能获得。初始化为没有上锁。

2、spinlock_t wait_lock;

等待获取互斥锁中使用的自旋锁。在获取互斥锁的过程中，操作会在自旋锁的保护中进行。初始化为为锁定。

3、struct list_head wait_list;

等待互斥锁的进程队列。

二、如何使用互斥锁

1、初始化

mutex_init(&mutex); //动态初始化互斥锁

DEFINE_MUTEX(mutexname); //静态定义和初始化互斥锁

2、上锁

void mutex_lock(struct mutex *lock);

无法获得锁时，睡眠等待，不会被信号中断。

int mutex_trylock(struct mutex *lock);

此函数是 mutex_lock()的非阻塞版本，成功返回1，失败返回0。

int 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、解锁

void mutex_unlock(struct mutex *lock);

 

三、什么时候使用互斥锁

1、互斥锁和信号量比较

a、互斥锁功能上基本与二元信号量一样，但是互斥锁占用空间比信号量小，运行效率比信号量高。所以，如果要用于线程间的互斥，优先选择互斥锁。

2、互斥锁和自旋锁比较

a、互斥锁在无法得到资源时，内核线程会进入睡眠阻塞状态，而自旋锁处于忙等待状态。因此，如果资源被占用的时间较长，使用互斥锁较好，因为可让CPU调度去做其它进程的工作。

b、如果被保护资源需要睡眠的话，那么只能使用互斥锁或者信号量，不能使用自旋锁。而互斥锁的效率又比信号量高，所以这时候最佳选择是互斥锁。

c、中断里面不能使用互斥锁，因为互斥锁在获取不到锁的情况下会进入睡眠，而中断是不能睡眠的。