信号量和互斥锁

信号量与互斥锁都是保护临界数据的常用手段。这里先了解几个概念。
执行线程：thread of execution，指任何正在执行的代码实例，可能是一个正在内核线程，一个中断处理程序等。有时候会将执行线程简称为线程。
临界区：critical region，即访问和操作共享数据的代码段。
多个执行线程并发访问同一资源通常是不安全的，通常使用自旋锁和信号量来实现对临界区互斥的访问。

信号量：
信号量其实就是一个整数值，通常有对应的一对操作，即P和V。其中P操作是获得信号量，此时要将信号量值减1，如果信号量大于0则正常获取信号量，但是如果信号量值小于等于0，则进程阻塞休眠，等待其他占用信号量的进程释放信号量。自然V操作就对应着释放信号量，信号量加值1，并在必要时候唤醒休眠进程。

信号量数据结构：
struct semaphore {
    spinlock_t        lock;
    unsigned int        count;
    struct list_head    wait_list;
};
其中wait_list是等待信号量的进程列表。lock为自旋锁（后面介绍）。count为信号量值。

信号量的初始化：
方法1（静态法）：
DEFINE_SEMAPHORE(lock); //在新的内核中直接用semaphore
此时信号量值被初始化为1，即互斥量。效果等同于DECLARE_MUTEX(name)；
具体函数情况如下：
#define DEFINE_SEMAPHORE(name)    \
    struct semaphore name = __SEMAPHORE_INITIALIZER(name, 1) //此处信号量结构体没有定义为指针
#define __SEMAPHORE_INITIALIZER(name, n)                \
{                                    \
    .lock        = __SPIN_LOCK_UNLOCKED((name).lock),        \
    .count        = n,                        \
    .wait_list    = LIST_HEAD_INIT((name).wait_list),        \
}
方法2（动态法）：
struct semaphore sem;
void sema_init(&sem,val);
val为初始化信号量的值。

获取信号量：
void down(struct semaphore *name);
int down_interruptible(struct semaphore *name);//操作被中断返回非0值
int down_trylock(struct semaphore *name);//若不可获得则返回0
建议使用interruptible版本，其中down_trylock版本不会导致休眠，一般在非阻塞进程中使用。
释放信号量：
void up(struct semaphore *name);

自旋锁：
自旋锁定义很简单，只有2个值，即锁定和解锁。事实上自旋锁的应用在内核中往往比信号量更多，更常见。在正确使用下自旋锁常常可以提供比信号量更高的性能。但是拥有自旋锁时不能休眠，这样可能导致死锁等很多不可预料的情况。同时自旋锁的一个好处是可以在中断中使用，而信号量不可用，因为信号量会导致进程休眠，如果在中断中导致休眠，则也可能导致无法释放信号量，而导致很多不可预料的结果。
当自旋锁被占用而有人需要去获得时，代码就会进入自旋状态，不断的忙循环检查锁的可用状态，因为自旋锁本质上都是不可中断的。此时执行忙循环的处理器做不了任何有用的工作，这也警示了我们需要正确使用自旋锁，拥有锁的时间要尽量短，代码尽量少，以避免出现不必要的BUG，甚至需要restart。

自旋锁的初始化：
方法1：
spinlock_t mylock = SPIN_LOCK_UNLOCKED；
方法2：
在init函数或者其他函数中使用函数->
void spin_lock_init(spinlock_t  *lock);

自旋锁锁定：
void spin_lock(spinlock_t  *lock);
void spin_lock_irqsave(spinlock_t  *lock, unsigned long flags);//在本处理器上禁止所有中断并保存在flags中
void spin_lock_irq(spinlock_t  *lock);//禁止中断而不保存，这需要我们确认没有其他代码禁止中断，而释放锁时可以立即启用中断
void spin_lockbh(spinlock_t  *lock);//禁止软中断，但是会打开硬件中断

释放自旋锁：
void spin_unlock(spinlock_t  *lock);//对应上述第1个锁定
void spin_unlock_irqrestore(spinlock_t  *lock, unsigned long flags);//对应上述第2个锁定
void spin_unlock_irq(spinlock_t  *lock);//对应上述第3个锁定
void spin_unlock_bh(spinlock_t  *lock);//对应上述第4个锁定

另外有非阻塞版的自旋锁操作：
int spin_trylock(spinlock_t  *lock);
int spin_trylock_bh(spinlock_t  *lock);
成功将返回非0值，失败返回0。