linux鎖的種類：1、mutex（互斥鎖），用于保證在任何時刻，都只能有一個線程訪問該對象；2、rwlock（讀寫鎖），分為讀鎖和寫鎖，適用于讀取數(shù)據(jù)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寫數(shù)據(jù)的頻率的場合；3、spinlock（自旋鎖），在任何時刻同樣只能有一個線程訪問對象；4、seqlock（順序鎖），用于能夠區(qū)分讀與寫的場合，并且是讀操作很多、寫操作很少，寫操作的優(yōu)先權(quán)大于讀操作。

本教程操作環(huán)境：linux7.3系統(tǒng)、Dell G3電腦。

Linux的幾種鎖機(jī)制

互斥鎖：mutex

??互斥鎖：mutex，用于保證在任何時刻，都只能有一個線程訪問該對象。當(dāng)獲取鎖操作失敗時，線程會進(jìn)入睡眠，等待鎖釋放時被喚醒。

讀寫鎖：rwlock

??讀寫鎖：rwlock，分為讀鎖和寫鎖。處于讀操作時，可以允許多個線程同時獲得讀操作。但是同一時刻只能有一個線程可以獲得寫鎖。其它獲取寫鎖失敗的線程都會進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到寫鎖釋放時被喚醒。

注意：寫鎖會阻塞其它讀寫鎖。當(dāng)有一個線程獲得寫鎖在寫時，讀鎖也不能被其它線程獲??；寫者優(yōu)先于讀者（一旦有寫者，則后續(xù)讀者必須等待，喚醒時優(yōu)先考慮寫者）。

• 適用于讀取數(shù)據(jù)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寫數(shù)據(jù)的頻率的場合。

自旋鎖：spinlock

??自旋鎖：spinlock，在任何時刻同樣只能有一個線程訪問對象。但是當(dāng)獲取鎖操作失敗時，不會進(jìn)入睡眠，而是會在原地自旋，直到鎖被釋放。這樣節(jié)省了線程從睡眠狀態(tài)到被喚醒期間的消耗，在加鎖時間短暫的環(huán)境下會極大的提高效率。但如果加鎖時間過長，則會非常浪費CPU資源。

RCU

??RCU：即read-copy-update，在修改數(shù)據(jù)時，首先需要讀取數(shù)據(jù)，然后生成一個副本，對副本進(jìn)行修改。修改完成后，再將老數(shù)據(jù)update成新的數(shù)據(jù)。

使用RCU時，讀者幾乎不需要同步開銷，既不需要獲得鎖，也不使用原子指令，不會導(dǎo)致鎖競爭，因此就不用考慮死鎖問題了。而對于寫者的同步開銷較大，它需要復(fù)制被修改的數(shù)據(jù)，還必須使用鎖機(jī)制同步并行其它寫者的修改操作。在有大量讀操作，少量寫操作的情況下效率非常高。

信號量：semaphore

linux內(nèi)核的信號量在概念和原理上與用戶態(tài)的SystemV的IPC機(jī)制信號量是一樣的，但是它絕不可能在內(nèi)核之外使用，因此它與SystemV的IPC機(jī)制信號量毫不相干。

信號量在創(chuàng)建時需要設(shè)置一個初始值，表示同時可以有幾個任務(wù)可以訪問該信號量保護(hù)的共享資源，初始值為1就變成互斥鎖（Mutex），即同時只能有一個任務(wù)可以訪問信號量保護(hù)的共享資源。一個任務(wù)要想訪問共享資源，首先必須得到信號量，獲取信號量的操作將把信號量的值減1，若當(dāng)前信號量的值為負(fù)數(shù)，表明無法獲得信號量，該任務(wù)必須掛起在該信號量的等待隊列等待該信號量可用；若當(dāng)前信號量的值為非負(fù)數(shù)，表示可以獲得信號量，因而可以立刻訪問被該信號量保護(hù)的共享資源。當(dāng)任務(wù)訪問完被信號量保護(hù)的共享資源后，必須釋放信號量，釋放信號量通過把信號量的值加1實現(xiàn)，如果信號量的值為非正數(shù)，表明有任務(wù)等待當(dāng)前信號量，因此它也喚醒所有等待該信號量的任務(wù)。

rw_semaphore （讀寫信號量）

讀寫信號量對訪問者進(jìn)行了細(xì)分，或者為讀者，或者為寫者，讀者在保持讀寫信號量期間只能對該讀寫信號量保護(hù)的共享資源進(jìn)行讀訪問，如果一個任務(wù)除了需要讀，可能還需要寫，那么它必須被歸類為寫者，它在對共享資源訪問之前必須先獲得寫者身份，寫者在發(fā)現(xiàn)自己不需要寫訪問的情況下可以降級為讀者。讀寫信號量同時擁有的讀者數(shù)不受限制，也就說可以有任意多個讀者同時擁有一個讀寫信號量。如果一個讀寫信號量當(dāng)前沒有被寫者擁有并且也沒有寫者等待讀者釋放信號量，那么任何讀者都可以成功獲得該讀寫信號量；否則，讀者必須被掛起直到寫者釋放該信號量。如果一個讀寫信號量當(dāng)前沒有被讀者或?qū)懻邠碛胁⑶乙矝]有寫者等待該信號量，那么一個寫者可以成功獲得該讀寫信號量，否則寫者將被掛起，直到?jīng)]有任何訪問者。因此，寫者是排他性的，獨占性的。
讀寫信號量有兩種實現(xiàn)，一種是通用的，不依賴于硬件架構(gòu)，因此，增加新的架構(gòu)不需要重新實現(xiàn)它，但缺點是性能低，獲得和釋放讀寫信號量的開銷大；另一種是架構(gòu)相關(guān)的，因此性能高，獲取和釋放讀寫信號量的開銷小，但增加新的架構(gòu)需要重新實現(xiàn)。在內(nèi)核配置時，可以通過選項去控制使用哪一種實現(xiàn)。

讀寫信號量：rw_semaphore

讀寫信號量對訪問者進(jìn)行了細(xì)分，或者為讀者，或者為寫者，讀者在保持讀寫信號量期間只能對該讀寫信號量保護(hù)的共享資源進(jìn)行讀訪問，如果一個任務(wù)除了需要讀，可能還需要寫，那么它必須被歸類為寫者，它在對共享資源訪問之前必須先獲得寫者身份，寫者在發(fā)現(xiàn)自己不需要寫訪問的情況下可以降級為讀者。讀寫信號量同時擁有的讀者數(shù)不受限制，也就說可以有任意多個讀者同時擁有一個讀寫信號量。如果一個讀寫信號量當(dāng)前沒有被寫者擁有并且也沒有寫者等待讀者釋放信號量，那么任何讀者都可以成功獲得該讀寫信號量；否則，讀者必須被掛起直到寫者釋放該信號量。如果一個讀寫信號量當(dāng)前沒有被讀者或?qū)懻邠碛胁⑶乙矝]有寫者等待該信號量，那么一個寫者可以成功獲得該讀寫信號量，否則寫者將被掛起，直到?jīng)]有任何訪問者。因此，寫者是排他性的，獨占性的。

讀寫信號量有兩種實現(xiàn)，一種是通用的，不依賴于硬件架構(gòu)，因此，增加新的架構(gòu)不需要重新實現(xiàn)它，但缺點是性能低，獲得和釋放讀寫信號量的開銷大；另一種是架構(gòu)相關(guān)的，因此性能高，獲取和釋放讀寫信號量的開銷小，但增加新的架構(gòu)需要重新實現(xiàn)。在內(nèi)核配置時，可以通過選項去控制使用哪一種實現(xiàn)。

seqlock****（順序鎖）

用于能夠區(qū)分讀與寫的場合，并且是讀操作很多、寫操作很少，寫操作的優(yōu)先權(quán)大于讀操作。seqlock的實現(xiàn)思路是，用一個遞增的整型數(shù)表示sequence。寫操作進(jìn)入臨界區(qū)時，sequence++；退出臨界區(qū)時，sequence再++。

寫操作還需要獲得一個鎖（比如mutex），這個鎖僅用于寫寫互斥，以保證同一時間最多只有一個正在進(jìn)行的寫操作。當(dāng)sequence為奇數(shù)時，表示有寫操作正在進(jìn)行，這時讀操作要進(jìn)入臨界區(qū)需要等待，直到sequence變?yōu)榕紨?shù)。讀操作進(jìn)入臨界區(qū)時，需要記錄下當(dāng)前sequence的值，等它退出臨界區(qū)的時候用記錄的sequence與當(dāng)前sequence做比較，不相等則表示在讀操作進(jìn)入臨界區(qū)期間發(fā)生了寫操作，這時候讀操作讀到的東西是無效的，需要返回重試。

seqlock寫寫是必須要互斥的。但是seqlock的應(yīng)用場景本身就是讀多寫少的情況，寫沖突的概率是很低的。所以這里的寫寫互斥基本上不會有什么性能損失。而讀寫操作是不需要互斥的。seqlock的應(yīng)用場景是寫操作優(yōu)先于讀操作，對于寫操作來說，幾乎是沒有阻塞的（除非發(fā)生寫寫沖突這一小概率事件），只需要做sequence++這一附加動作。而讀操作也不需要阻塞，只是當(dāng)發(fā)現(xiàn)讀寫沖突時需要retry。seqlock的一個典型應(yīng)用是時鐘的更新，系統(tǒng)中每1毫秒會有一個時鐘中斷，相應(yīng)的中斷處理程序會更新時鐘（寫操作）。

而用戶程序可以調(diào)用gettimeofday之類的系統(tǒng)調(diào)用來獲取當(dāng)前時間（讀操作）。在這種情況下，使用seqlock可以避免過多的gettimeofday系統(tǒng)調(diào)用把中斷處理程序給阻塞了（如果使用讀寫鎖，而不用seqlock的話就會這樣）。中斷處理程序總是優(yōu)先的，而如果gettimeofday系統(tǒng)調(diào)用與之沖突了，那用戶程序多等等也無妨。

互斥鎖和讀寫鎖的區(qū)別：

1）讀寫鎖區(qū)分讀者和寫者，而互斥鎖不區(qū)分

2）互斥鎖同一時間只允許一個線程訪問該對象，無論讀寫；讀寫鎖同一時間內(nèi)只允許一個寫者，但是允許多個讀者同時讀對象。