Linux内核之互斥锁mutex_init和自旋锁spin_lock区别及用法实例(四十六)

本文主要是介绍Linux内核之互斥锁mutex_init和自旋锁spin_lock区别及用法实例(四十六)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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🍉🍉🍉文章目录🍉🍉🍉

- 🌻1.前言
- 🌻2.介绍
- - 🐓2.1 互斥锁mutex_init介绍
  - 🐓2.2 自旋锁spin_lock介绍
  - 🐓2.3 用法区别
  - 🐓2.4性质和适用场景：
  - 🐓2.5 mutex_lock、 mutex_unlock 、spin_lock、spin_unlock用法
- 🌻3.代码实例
- - 🐓3.1 互斥锁mutex_init示例
  - 🐓3.2 自旋锁spin_lock示例
  - 🐓3.3 互斥锁和自旋锁组合使用

🌻1.前言

本篇目的：Linux内核之互斥锁mutex_init和自旋锁spin_lock区别及用法实例

🌻2.介绍

在Linux内核中，mutex_init和spin_lock是两种常用的同步机制，用于在多线程或多处理器环境中保护共享资源，防止并发访问造成的数据不一致问题。

🐓2.1 互斥锁mutex_init介绍

mutex_init用于初始化一个互斥锁（mutex），它是一种睡眠锁。
当一个线程尝试获取一个已经被其他线程持有的互斥锁时，该线程会被阻塞，进入睡眠状态，直到互斥锁被释放。
互斥锁适用于那些可能造成较长时间阻塞的场景，因为线程睡眠状态不会消耗CPU资源。
用法示例：

#include <linux/mutex.h>
struct mutex my_mutex;
void my_init_function(void) {mutex_init(&my_mutex); // 初始化互斥锁
}
void my_function(void) {mutex_lock(&my_mutex); // 获取互斥锁// 临界区代码mutex_unlock(&my_mutex); // 释放互斥锁
}

🐓2.2 自旋锁spin_lock介绍

spin_lock是一种自旋锁，它的工作原理是在一个循环中不断地检查锁是否可用。
如果锁被占用，线程会持续检查，而不是进入睡眠状态。
这意味着自旋锁适用于那些预期等待时间非常短的场景，因为自旋状态会占用CPU资源。
用法示例：

#include <linux/spinlock.h>
DEFINE_SPIN_LOCK(my_spinlock);
void my_function(void) {unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&my_spinlock, flags); // 获取自旋锁，并保存中断状态// 临界区代码spin_unlock_irqrestore(&my_spinlock, flags); // 释放自旋锁，并恢复中断状态
}

🐓2.3 用法区别

阻塞与自旋：mutex会导致线程睡眠，不会消耗CPU资源，而spin_lock会持续占用CPU资源，直到锁被释放。
使用场景：mutex适用于可能造成长时间阻塞的场景，如等待I/O操作完成。spin_lock适用于预期等待时间非常短的场景，如简单的数据结构操作。
性能影响：mutex在阻塞和唤醒线程时会有较大的性能开销，而spin_lock在等待锁释放时只会占用CPU资源，没有线程切换的开销。
中断处理：在Linux内核中，自旋锁常常与中断处理相关，因为中断处理函数不能睡眠。使用spin_lock_irqsave可以在获取锁的同时关闭中断，确保临界区的原子性。

选择mutex还是spin_lock取决于临界区的性质和预期的等待时间。对于可能长时间阻塞的操作，使用mutex更合适；而对于非常快速的操作，使用spin_lock可能更高效。

🐓2.4性质和适用场景：

mutex_init：适用于需要在内核中进行睡眠等待的同步操作，因为互斥锁（mutex）可以导致任务进入睡眠状态并被放置在等待队列中。
spin_lock：适用于需要在内核中进行自旋等待的同步操作，因为自旋锁（spinlock）会导致任务在一个循环中不断尝试获取锁，直到成功，而不会引起任务的睡眠。

🐓2.5 mutex_lock、 mutex_unlock 、spin_lock、spin_unlock用法

mutex_init：通过 mutex_init 函数初始化互斥锁，然后可以使用 mutex_lock 和 mutex_unlock 函数来获取和释放锁。
spin_lock：通过 spin_lock 函数获取自旋锁，通过 spin_unlock 函数释放自旋锁。

🌻3.代码实例

🐓3.1 互斥锁mutex_init示例

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/mutex.h>static DEFINE_MUTEX(my_mutex); // 定义互斥锁static int __init my_init(void)
{printk(KERN_INFO "Initializing my driver\n");mutex_init(&my_mutex); // 初始化互斥锁// 其他初始化代码...return 0;
}static void __exit my_exit(void)
{printk(KERN_INFO "Exiting my driver\n");mutex_destroy(&my_mutex); // 销毁互斥锁// 其他清理代码...
}module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

🐓3.2 自旋锁spin_lock示例

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/spinlock.h>static DEFINE_SPINLOCK(my_spinlock); // 定义自旋锁static int __init my_init(void)
{printk(KERN_INFO "Initializing my driver\n");// 其他初始化代码...return 0;
}static void __exit my_exit(void)
{printk(KERN_INFO "Exiting my driver\n");
}module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

🐓3.3 互斥锁和自旋锁组合使用

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/spinlock.h>static DEFINE_MUTEX(my_mutex); // 定义互斥锁
static DEFINE_SPINLOCK(my_spinlock); // 定义自旋锁static int __init my_init(void)
{printk(KERN_INFO "Initializing my driver\n");mutex_init(&my_mutex); // 初始化互斥锁return 0;
}static void __exit my_exit(void)
{printk(KERN_INFO "Exiting my driver\n");mutex_destroy(&my_mutex); // 销毁互斥锁
}module_init(my_init);
module_exit(my_exit);