2024linux线程同步有几种方法

浅析linux并发机制—信号量机制分析　　1 概述　　信号量，是操作系统中一种常用的同步与互斥的机制；信号量允许多个进程（计数值>1）同时进入临界区；如果信号量的计数值为1，一次只允许一个进程进入临界区，这种信号量叫二值信号量；信号量可能会引起进程睡眠，开销较大，适用于保护较长的临界区；与读写自旋锁类似，linux内核也提供了读写信号量的机制；　　2 信号量　　2.1 流程分析　　可以将信号量比喻成一个盒子，初始化时在盒子里放入N把钥匙，钥匙先到先得，当N把钥匙都被拿走完后，再来拿钥匙的人就需要等待了，只有等到有人将钥匙归还了，等待的人才能拿到钥匙；　　信号量的实现很简单，先看一下数据结构：　　流程如下：

接口用于信号量，用于释放信号量；调用时，如果时，也就是盒子里边还有多余的锁，直接自减并返回了，当时，表明盒子里边的锁被用完了，当前任务会加入信号量的等待列表中，设置进程的状态，并调用来睡眠指定时间，实际上这个时间设置的无限等待，也就是只能等着被唤醒，当前任务才能继续运行；调用时，如果等待列表为空，表明没有多余的任务在等待信号量，直接将自加即可。如果等待列表非空，表明有任务正在等待信号量，那就需要对等待列表中的第一个任务（等待时间最长）进行唤醒操作，并从等待列表中将需要被唤醒的任务进行删除操作；　　2.2 信号量缺点　　对比下说过的，与在实现上有一个重大的区别：。被持有后有一个明确的，而并没有，当一个进程阻塞在某个信号量上时，它没法知道自己阻塞在哪个进程（线程）之上；　　没有会带来以下几个问题：在保护临界区的时候，无法进行优先级反转的处理；系统无法对其进行跟踪断言处理，比如死锁检测等；信号量的调试变得更加麻烦；　　因此，在能满足要求的情况下，优先使用。　　2.3 其他接口　　信号量提供了多种不同的信号量的接口，介绍如下：　　【文章福利】小编推荐自己的Linux内核技术交流群：【】整理一些个人觉得比较好得学习书籍、视频资料共享在群文件里面，有需要的可以自行添加哦！！！前100进群领取，额外赠送一份价值699的内核资料包（含视频教程、电子书、实战项目及代码）

　　内核资料直通车：Linux内核源码技术学习路线+视频教程代码资料　　学习直通车：Linux内核源码/内存调优/文件系统/进程管理/设备驱动/网络协议栈-学习视频教程-腾讯课堂　　3 读写信号量　　《linux并发机制Ⅰ— spinlock/rwlock/seqlock原理剖析（基于ARM64）》文章中，我们分析过读写自旋锁，读写信号量的功能类似，它能有效提高并发性，我们先明确下它的特点：允许多个读者同时进入临界区；读者与写者不能同时进入临界区（读者与写者互斥）；写者与写者不能同时进入临界区（写者与写者互斥）；　　3.1 数据结构　　读写信号量的数据结构与信号量的结构比较相似：　　最关键的需要看一下字段，掌握了这个字段的处理，才能比较好理解读写信号量的机制；　　读写自旋锁中的字段，bit[31]用于写锁的标记，bit[30:0]用于读锁的统计，而读写信号量的字段也大体类似；

以32位的count值为例，高16bit代表的是，低16bit代表的是；：值为0，表示锁未被持有，没有读者也没有写者；：值为1，，该值用于定义和；：值为-65536，当有任务需要加入到等待列表中时，count值需要加，有任务需要从等待列表中移除时，count值需要减去；：值为1，当有读者去锁的时候，count值将加，释放锁的时候，count值将减去；，值为-65535，当有写者去锁的时候，count值将加，释放锁的时候，count值需要减去；　　在释放读锁和写锁的全过程中，值伴随着上述这几个宏定义的加减操作，用于标识不同的状态，可以罗列如下：：活跃的读者和正在申请读锁的读者总共为个，没有写者来干扰；：没有读者和写者来操作，初始化状态；：分为以下几种情况：，表示活跃的读者和正在申请读锁的读者总共有个，并且还有一个写者在睡眠等待；，表示有一个写者在尝试锁，活跃的读者和正在申请读锁的读者总共有个；：分为以下几种情况：，有一个活跃的写者，或者写者正在尝试锁，没有读者干扰；，有个写者正在睡眠等待，还有一个活跃或尝试锁的读者；　　3.1 读信号量　　3.1.1 读者锁　　

特点：读者与读者可以并发执行，读者与写者互斥执行，因此当有写者持有锁的时候，读者将进入睡眠状态；当加1后还是小于0，代表锁已经被写者持有了，读者锁失败，进入函数；如果是空时，代表没有任务在等待列表中，首次加入时，值需要加上，表示有任务在等待列表中；如果此时或者，表示此时写者将锁释放了，因此需要去唤醒在等待列表中的任务；如果写者没有释放锁，那就进入循环，并调用让出CPU，直到锁被释放了，那么从代码流程中看，只有时才会跳出循环，也就是时，才是成功，这个操作是在中通过实现的；在等待锁的循环中，需要对信号进行处理，如果对应的等待任务没被唤醒，那么直接跳转到处，接下来的处理就是一些逆操作了，包括从等待列表中删除，如果是等待列表中的首个任务，还需要减去等；　　总结一下：读者锁的时候，如果没有写者持有，那就可以支持多个读者直接；而如果此时写者持有了锁，读者失败，它将把自己添加到等待列表中，（这个等待列表中可能已经存放了其他来锁的读者或者写者），在将读者真正睡眠等待前，还会再一次判断此时是否有写者释放了该锁，释放了的话，那就需要对睡眠等待在该锁的任务进行唤醒操作了　　3.1.2 读者释放锁　　

释放锁的时候值进行减1操作；减1操作之后得到的值小于-1，并且是全零，代表等待列表中有写任务在睡眠等待，因此需要进行唤醒操作；唤醒操作中，如果有自旋等待的任务，那就可以直接返回了，毕竟人家在自旋呢，又没有睡眠；没有自旋等待任务，那就去唤醒等待列表中的任务了；　　3.2 写信号量　　3.2.1 写者锁　　

写者的特点：看谁都不顺眼，跟谁都互斥，有我没你。只要有一个写者在持有锁，其他的读者与写者都无法；在写者锁的时候，将值加上，如果这个值不等于，表示有其他的读者或写者持有锁，因此锁失败，调用来处理；调用进行乐观自旋去尝试锁，了的话，则直接返回，可以参考文章中的分析，它的作用也是性能的优化，认为锁的持有者会很快释放，因此当前进程选择自旋而不是让出CPU，减少上下文切换带来的开销；如果等待列表中有读者任务在睡眠等待，此时假如写者释放了锁，那么需要先将读者任务都给唤醒了；如果等待列表中没有任务，也就意味着当前的写者是第一个任务，因此将值加上；循环等待锁，这个过程与是类似的；　　总结：写者锁时，只要锁被其他读者或者写者持有了，则锁失败，然后进行失败情况处理。在失败情况下，它本身会尝试进行optimistic spin去尝试锁，如果成功了，那就是皆大欢喜了，否则还是需要进入慢速路径。慢速路径中去判断等待列表中是否有任务在睡眠等待，并且会再次尝试去查看是否已经有写者释放了锁，写者释放了锁，并且只有读者在睡眠等待，那么此时应该优先让这些先等待的任务唤醒　　3.2.2 写者释放锁　　

写者释放锁的时候，有一个关键的操作，将进行清零操作，在写者锁的时候会将该值设置成持有锁的进程；释放锁的时候，需要减去，然后再去判断值，如果此时还有任务在睡眠等待，那就进行唤醒操作；　　3.3 总结　　理解读写信号量有几个关键点：读写信号量的特性可以与读写自旋锁进行类比（读者与读者并发、读者与写者互斥、写者与写者互斥），区别在于读写信号量可能会发生睡眠，进而带来进程切换的开销；为了优化读写信号量的性能，引入了机制，进一步减少切换开销。第一个写者了锁后，第二个写者去时自旋等待，而读者去时则会进入睡眠；读写信号量的值很关键，代表着读写信号量不同状态的切换，因此也决定了执行流程；读者或写者释放锁的时候，去唤醒等待列表中的任务，需要分情况处理。等待列表中可能存放的是读者与写者的组合，如果第一个任务是写者，则直接唤醒该写者，否则将唤醒排在前边的连续几个读者；　　

2024linux线程同步有几种方法

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