并发和竞态（互斥锁和信号量）

（1）  并发（concurrrncy）：多个执行单元同时，并行被执行，并发的执行单元对共享资源（硬件资源和软件的全局变量，静态变量），的访问容易造成竞态。

（2）  对称多处理器（smp的多个cpu）：cmp是紧耦合的共享存储介质的系统模型，多个cpu 使用共同的系统总线，因此，可以访问共同的外设和存储器。

（3）  单 cpu 内进程与抢占他的进程：linux 2.6 内核支持抢占调度，一个进程在内核中执行时可能被另外的一个高优先级的进程打断，抢占他的进程访问的共享资源，类似于smp的多个cpu。

（4）  中断（硬中断，软中断，tasklet，低半部）与进程之间：中断可以打断正在执行的进程，中断进程又访问前一个中断的资源，竞态也会发生，中断也有可能被高优先级的中断打断，多个中断可能产生竞态。

总结：Smp 是真正意义上的并行，其他都是宏观并行，微观的串行。解决途径是保证对共享资源的互斥访问。互斥是指一个执行单元在访问时，其他的单元禁止访问。访问共享资源的代码区成为临界区，临界区需要被一某种互斥机制加以保护，（中断屏蔽，原子操作，自旋锁，信号量）

 

中断屏蔽

1.  单cpu 范围内避免竞态简单方法是：进入临界区之前，屏蔽系统中断。Cpu 一般都具备屏蔽中断和打开中断的功能。这项功能保障内核执行路径不被打断，防止竞态，缺点： 数据丢失，系统崩溃。不能解决smp 的问题，适宜的和自旋锁来配合使用。

自旋锁：

1.  典型的对临界资源进行互斥的访问的手段，不断测试一块内存区域，是否可以访问，若空闲则表明可以继续执行，若被占用，则重复测试和设置，原地打转。变量看待，主要应用在smp 和 单cpu 中内核可以抢占。单cpu和抢占进程中，自旋锁持有期间，内核的抢占被禁止。自旋锁是忙等待，不可用时，一直循环等待。可能导致死锁。（递归使用枷锁，），获得锁期间不能调用可能引起进程调度的函数（copy_form_user。。。），可能内核崩溃。

读写自旋锁：

1.  允许读的并发。可以有多个读执行单元。

信号量 ：

1.  保护临界区的一种方法，只有得到信号量的进程才能执行临界代码。当获取不到信号量时，进程不会原地打转，而是进入休眠状态。

 

自旋锁   vs  互斥量

1.  信号量和互斥锁都是解决互斥问题的手段。只是层次不同，前者的实现依赖后者。多cpu 中需要自旋锁来互斥。

2.  信号量是进程级别的，多个进程之间的资源互斥，内核执行路径是代表进程来争夺资源的，竞争失败，会发生进程切换，当前的进程睡眠。Cpu 将运行其他的进程。鉴于进程上下文切换开销很大，只有当占用资源时间较长时才用信号量。

3.  保护临界资源的访问时间较短时，用自旋锁较方便。节省切换时间。

4.  信号量所保护的临界区可能包含引起阻塞的代码，自旋锁内绝对要避免阻塞的代码，阻塞将导致进程的切换，进程切换出去后另一个进程企图获取本自旋锁。死锁将会发生。

5.  信号量存在于进程上下文中，如果被保护的共享资源需要在中断或软中断的情况下使用，只能选择自旋锁。如果要使用信号量，这能通过down_trylock 的方式进行，不能获取就立即返回。