本文书接上文Linux驱动开发中并发与竞争学习笔记【上】2，若大家对并发与竞争的概念，以及原子操作，自旋锁等相关知识有问题，可以参考上文。

一、信号量

        有学习过 FreeRTOS 或者 UCOS 的话就应该对信号量很熟悉，因为信号量是同步的一种方式。Linux 内核也提供了信号量机制，信号量常常用于控制对共享资源的访问。

        举一个很常见的例子：

        某个停车场有 100 个停车位，这 100 个停车位大家都可以用，对于大家来说这100 个停车位就是共享资源。假设现在这个停车场正常运行，你要把车停到这个这个停车场肯定要先看一下现在停了多少车了？还有没有停车位？当前停车数量就是一个信号量，具体的停车数量就是这个信号量值，当这个值到 100 的时候说明停车场满了。停车场满的时你可以等一会看看有没有其他的车开出停车场，当有车开出停车场的时候停车数量就会减一，也就是说信号量减一，此时你就可以把车停进去了，你把车停进去以后停车数量就会加一，也就是信号量加一。这就是一个典型的使用信号量进行共享资源管理的案例，在这个案例中使用的就是计数型信号量。

        相比于自旋锁，信号量可以使线程进入休眠状态，比如 A 与 B、C 合租了一套房子，这个房子只有一个厕所，一次只能一个人使用。某一天早上 A 去上厕所了，过了一会 B 也想用厕所，因为 A 在厕所里面，所以 B 只能等到 A 用来了才能进去。B 要么就一直在厕所门口等着，等 A 出来，这个时候就相当于自旋锁。B 也可以告诉 A，让 A 出来以后通知他一下，然后 B 继续回房间睡觉，这个时候相当于信号量。可以看出，使用信号量会提高处理器的使用效率，毕竟不用一直傻乎乎的在那里“自旋”等待。但是，信号量的开销要比自旋锁大，因为信号量使线程进入休眠状态以后会切换线程，切换线程就会有开销。

        总结一下信号量的特点：

        ①、因为信号量可以使等待资源线程进入休眠状态，因此适用于那些占用资源比较久的场合。
        ②、因此信号量不能用于中断中，因为信号量会引起休眠，中断不能休眠。
        ③、如果共享资源的持有时间比较短，那就不适合使用信号量了，因为频繁的休眠、切换线程引起的开销要远大于信号量带来的那点优势。

        二值信号量

        信号量有一个信号量值，相当于一个房子有 10 把钥匙，这 10 把钥匙就相当于信号量值为10。因此，可以通过信号量来控制访问共享资源的访问数量，如果要想进房间，那就要先获取一把钥匙，信号量值减 1，直到 10 把钥匙都被拿走，信号量值为 0，这个时候就不允许任何人进入房间了，因为没钥匙了。如果有人从房间出来，那他要归还他所持有的那把钥匙，信号量值加 1，此时有 1 把钥匙了，那么可以允许进去一个人。

        相当于通过信号量控制访问资源的线程数，在初始化的时候将信号量值设置的大于 1，那么这个信号量就是计数型信号量，计数型信号量不能用于互斥访问，因为它允许多个线程同时访问共享资源。如果要互斥的访问共享资源那么信号量的值就不能大于 1，此时的信号量就是一个二值信号量。

     信号量 API 函数

        Linux 内核使用 semaphore 结构体表示信号量，结构体内容如下所示：

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

       特别提醒：在驱动开发使用信号量API函数是需要增加semaphore的库，#include <linux/semaphore.h>

        要想使用信号量就得先定义，然后初始化信号量。有关信号量的 API 函数如表 所示：

    信号量的使用如下所示：

    struct semaphore sem;     /* 定义信号量 */
    sema_init(&sem, 1);       /* 初始化信号量 */
    down(&sem);               /* 申请信号量 */
    /* 临界区 */
    up(&sem);                 /* 释放信号量 */

 二、互斥体

        互斥体简介

        在 FreeRTOS 和 UCOS 中也有互斥体，将信号量的值设置为 1 就可以使用信号量进行互斥访问了，虽然可以通过信号量实现互斥，但是 Linux 提供了一个比信号量更专业的机制来进行互斥，它就是互斥体—mutex。   

        互斥访问表示一次只有一个线程可以访问共享资源，不能递归申请互斥体。在我们编写 Linux 驱动的时候遇到需要互斥访问的地方建议使用 mutex。Linux 内核使用 mutex 结构体表示互斥体，定义如下(省略条件编译部分)：

struct mutex {
     /* 1: unlocked, 0: locked, negative: locked, possible waiters */
     atomic_t count;
     spinlock_t wait_lock;
};

     在使用 mutex 之前要先定义一个 mutex 变量。在使用 mutex 的时候要注意如下几点：
        ①、mutex 可以导致休眠，因此不能在中断中使用 mutex，中断中只能使用自旋锁。
        ②、和信号量一样，mutex 保护的临界区可以调用引起阻塞的 API 函数。
        ③、因为一次只有一个线程可以持有 mutex，因此，必须由 mutex 的持有者释放 mutex。并且 mutex 不能递归上锁和解锁。

        互斥体 API 函数

        有关互斥体的 API 函数如表所示：

       互斥体的使用如下所示：

    struct mutex lock; /* 定义一个互斥体 */
    mutex_init(&lock); /* 初始化互斥体 */
    mutex_lock(&lock); /* 上锁 */
    /* 临界区 */
    mutex_unlock(&lock); /* 解锁 */

        关于 Linux 中的并发和竞争就讲解到这里，Linux 内核还有很多其他的处理并发和竞争的机制，笔记（2~3）主要讲解了常用的原子操作、自旋锁、信号量和互斥体。在以后日常的使用过程中会经常使用到这些操作，请务必掌握！