36、Linux内核中的同步原语：信号量与互斥锁详解

Linux内核中的同步原语：信号量与互斥锁详解

1. 信号量简介

在Linux内核中，信号量是另一种支持线程或进程同步的机制。此前我们了解过自旋锁，它主要用于短时间的加锁场景，在加锁期间不允许进程或线程睡眠，并且为避免死锁会禁用抢占，不允许进行上下文切换。

而信号量则适用于需要长时间持有锁的情况，不过对于短时间加锁，它并非最优选择。信号量基于一个变量，该变量可以进行递增或递减操作，其状态代表了获取锁的能力，并且该变量的值不限于0和1。信号量主要分为以下两种类型：
- 二进制信号量：其值只能为1或0。
- 普通信号量：值为任意非负整数。当值大于1时，被称为计数信号量，它允许一个以上的进程获取锁，这有助于记录可用资源，而自旋锁一次只能对一个任务加锁。此外，信号量允许进程睡眠，当一个进程等待另一个进程持有的锁时，调度器可以切换到其他进程。

2. 信号量API

2.1 信号量结构体

在Linux内核中，信号量机制由以下结构体表示：

struct semaphore { raw_spinlock_t lock; unsigned int count; struct list_head wait_list; };

该结构体包含三个字段：
-lock：用于保护信号量数据的自旋锁。
-count：可用资源的数量。
-wait_list