一. linux爲何須要臨界段，信號量，互斥鎖，自旋鎖，原子操做？html
1.1. linux內核後期版本是支持多核CPU以及搶佔式調度。這裏就存在一個併發，競爭狀態（簡稱竟態）。linux
1.2. 競態條件 發生在兩個或更多線程操縱一個共享數據項時，在多處理器（MP）計算機中也存在併發，其中每一個處理器中共享相同數據的線程同時執行數據庫
1.3. 臨界段，信號量，互斥鎖，自旋鎖，原子操做能夠從不一樣情形解決上述問題安全
二. 臨界區（Critical Section）數據結構
2.1. 保證在某一時刻只有一個線程能訪問數據的簡便辦法。在任意時刻只容許一個線程對共享資源進行訪問。若是有多個線程試圖同時訪問臨界區，那麼在有一個線 程進入後其餘全部試圖訪問此臨界區的線程將被掛起，並一直持續到進入臨界區的線程離開。臨界區在被釋放後，其餘線程能夠繼續搶佔，並以此達到用原子方式操 做共享資源的目的。 多線程
2.2. 臨界區包含兩個操做原語： 併發
EnterCriticalSection（） 進入臨界區 函數
LeaveCriticalSection（） 離開臨界區 atom
EnterCriticalSection（）語句執行後代碼將進入臨界區之後不管發生什麼，必須確保與之匹配的 spa
LeaveCriticalSection（）都可以被執行到。不然臨界區保護的共享資源將永遠不會被釋放。雖然臨界區同步速度很快，但卻只能用來同步本 進程內的線程，而不可用來同步多個進程中的線程。
2.3. MFC提供了不少功能完備的類，我用MFC實現了臨界區。MFC爲臨界區提供有一個CCriticalSection類，使用該類進行線程同步處理是 很是簡單的。只需在線程函數中用CCriticalSection類成員函數Lock（）和UnLock（）標定出被保護代碼片斷便可。Lock（）後代 碼用到的資源自動被視爲臨界區內的資源被保護。UnLock後別的線程才能訪問這些資源。
三. 互斥量（Mutex）
3.1. 互斥量跟臨界區很類似，只有擁有互斥對象的線程才具備訪問資源的權限，因爲互斥對象只有一個，所以就決定了任何狀況下此共享資源都不會同時被多個線程 所訪問。當前佔據資源的線程在任務處理完後應將擁有的互斥對象交出，以便其餘線程在得到後得以訪問資源。互斥量比臨界區複雜。由於使用互斥不只僅可以在同 一應用程序不一樣線程中實現資源的安全共享，並且能夠在不一樣應用程序的線程之間實現對資源的安全共享。
3.2. 互斥量包含的幾個操做原語：
CreateMutex（） 建立一個互斥量
OpenMutex（） 打開一個互斥量
ReleaseMutex（） 釋放互斥量
WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量對象
四. 信號量（Semaphores）
4.1. 信號量對象對線程的同步方式與前面幾種方法不一樣，信號容許多個線程同時使用共享資源，這與操做系統中的PV操做相同。它指出了同時訪問共享資源的線程 最大數目。它容許多個線程在同一時刻訪問同一資源，可是須要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數目。在用CreateSemaphore（）建立信號量 時即要同時指出容許的最大資源計數和當前可用資源計數。通常是將當前可用資源計數設置爲最大資源計數，每增長一個線程對共享資源的訪問，當前可用資源計數 就會減1，只要當前可用資源計數是大於0的，就能夠發出信號量信號。可是當前可用計數減少到0時則說明當前佔用資源的線程數已經達到了所容許的最大數目， 不能在容許其餘線程的進入，此時的信號量信號將沒法發出。線程在處理完共享資源後，應在離開的同時經過ReleaseSemaphore（）函數將當前可 用資源計數加1。在任什麼時候候當前可用資源計數決不可能大於最大資源計數。 PV操做及信號量的概念都是由荷蘭科學家E.W.Dijkstra提出的。信號量S是一個整數，S大於等於零時表明可供併發進程使用的資源實體數，但S小於零時則表示正在等待使用共享資源的進程數
P操做 申請資源：
（1）S減1；
（2）若S減1後仍大於等於零，則進程繼續執行；
（3）若S減1後小於零，則該進程被阻塞後進入與該信號相對應的隊列中，而後轉入進程調度。
V操做 釋放資源：
（1）S加1；
（2）若相加結果大於零，則進程繼續執行；
（3）若相加結果小於等於零，則從該信號的等待隊列中喚醒一個等待進程，而後再返回原進程繼續執行或轉入進程調度。
4.2. 信號量包含的幾個操做原語：
CreateSemaphore（） 建立一個信號量
OpenSemaphore（） 打開一個信號量
ReleaseSemaphore（） 釋放信號量
WaitForSingleObject（） 等待信號量
五. 自旋鎖（spin_lock）
5.1. 是爲實現保護共享資源而提出一種鎖機制。其實，自旋鎖與互斥鎖比較相似，它們都是爲了解決對某項資源的互斥使用。不管是互斥鎖，仍是自旋鎖，在任什麼時候刻，最多隻能有一個保持者，也就說，在任什麼時候刻最多隻能有一個執行單元得到鎖。可是二者在調度機制上略有不一樣。對於互斥鎖，若是資源已經被佔用，資源申請者只能進入睡眠狀態。可是自旋鎖不會引發調用者睡眠，若是自旋鎖已經被別的執行單元保持，調用者就一直循環在那裏看是否該自旋鎖的保持者已經釋放了鎖，"自旋"一詞就是所以而得名。
5.2. 自旋鎖和信號量的使用要點
(1)自旋鎖不能遞歸
(2)自旋鎖能夠用在中斷上下文（信號量不能夠，由於可能睡眠），可是在中斷上下文中獲取自旋鎖以前要先禁用本地中斷,中斷是不參與系統調度的
(3)自旋鎖的核心要求是：擁有自旋鎖的代碼必須不能睡眠，要一直持有CPU直到釋放自旋鎖
(4)信號量和讀寫信號量適合於保持時間較長的狀況，它們會致使調用者睡眠，所以只能在進程上下文使用，而自旋鎖適合於保持時間很是短的狀況，它能夠在任何上下文使用。若是被保護的共享資源只在進程上下文訪問，使用信號量保護該共享資源很是合適，若是對共享資源的訪問時間很是短，自旋鎖也能夠。可是若是被保護的共享資源須要在中斷上下文訪問（包括底半部即中斷處理句柄和頂半部即軟中斷），就必須使用自旋鎖。自旋鎖保持期間是搶佔失效的，而信號量和讀寫信號量保持期間是能夠被搶佔的。自旋鎖只有在內核可搶佔或SMP（多處理器）的狀況下才真正須要，在單CPU且不可搶佔的內核下，自旋鎖的全部操做都是空操做。
六. 原子操做
6.1. Linux原子概念
6.1.1. 所謂原子操做，就是「不可中斷的一個或一系列操做」。
6.1.2. 原子操做，就是不能被更高等級中斷搶奪優先的操做。你既然提這個問題，我就說深一點。因爲操做系統大部分時間處於開中斷狀態，因此，一個程序在執行的時候可能被優先級更高的線程中斷。而有些操做是不能被中斷的，否則會出現沒法還原的後果，這時候，這些操做就須要原子操做。就是不能被中斷的操做。
6.1.3. 硬件級的原子操做：在單處理器系統（UniProcessor）中，可以在單條指令中完成的操做均可以認爲是「原子操做」，由於中斷只發生在指令邊緣。在多處理器結構中（Symmetric Multi-Processor）就不一樣了，因爲系統中有多個處理器獨立運行，即便能在單條指令中完成的操做也有可能受到干擾。在X86平臺生，CPU提供了在指令執行期間對總線加鎖的手段。CPU上有一根引線#HLOCK pin連到北橋，若是彙編語言的程序中在一條指令前面加上前綴"LOCK"，通過彙編之後的機器代碼就使CPU在執行這條指令的時候把#HLOCK pin的電位拉低，持續到這條指令結束時放開，從而把總線鎖住，這樣同一總線上別的CPU就暫時不能經過總線訪問內存了，保證了這條指令在多處理器環境中的原子性。對於其餘平臺的CPU，實現各不相同，有的是經過關中斷來實現原子操做（sparc），有的經過CMPXCHG系列的指令來實現原子操做（IA64）。本文主要探討X86平臺下原子操做的實現。
6.2. Linux內核兩組原子操做接口：
6.2.1. 原子整數操做
原子操做一般針對int或bit類型的數據，可是Linux並不能直接對int進行原子操做，而只能經過atomic_t的數據結構來進行。定義於#include<asm/atomic.h>
6.2.2. 內核中提供的一些主要位原子操做函數
同時內核還提供了一組與上述操做對應的非原子位操做函數，名字前多兩下劃線。因爲不保證原子性，所以速度可能執行更快。
七. 總結：
7.1． 互斥量與臨界區的做用很是類似，但互斥量是能夠命名的，也就是說它能夠跨越進程使用。因此建立互斥量須要的資源更多，因此若是隻爲了在進程內部是用的話使 用臨界區會帶來速度上的優點並可以減小資源佔用量。由於互斥量是跨進程的互斥量一旦被建立，就能夠經過名字打開它。
7.2． 經過互斥量能夠指定資源被獨佔的方式使用，但若是有下面一種狀況經過互斥量就沒法處理，好比如今一位用戶購買了一份三個併發訪問許可的數據庫系統，能夠根 據用戶購買的訪問許可數量來決定有多少個線程/進程能同時進行數據庫操做，這時候若是利用互斥量就沒有辦法完成這個要求，信號燈對象能夠說是一種資源計數 器。
7.3. 互斥鎖與信號量的區別：
7.3.一、信號量通常以同步的方式對共享資源進行控制，而互斥鎖經過互斥的方式對共享資源對其進行控制；
7.3.二、信號量能夠對進程的共享資源進行控制，而互斥鎖不行；
7.3.三、信號量的值爲非負整數，而互斥鎖的值只能爲0或1；
7.3.四、互斥量的加鎖和解鎖必須由同一線程分別對應使用，信號量能夠由一個線程釋放，另外一個線程獲得；mutex和二值信號量的區別在於mutex必須是同一個進程來釋放
7.4. 自旋鎖與互斥鎖的區別：
7.4.一、由於自旋鎖不會引發調用者睡眠，因此效率比較高
7.4.二、自旋鎖比較適用於鎖使用者保持鎖時間比較短的狀況。
7.4.三、自旋鎖容易形成死鎖，因此須要安全使用它；