一、併發與競爭簡介 併發：多個“用戶”同時訪問一個共用的記憶體。 競爭：多個“用戶”同時訪問一段共用的記憶體並對其修改，就會造成數據混亂，甚至程式崩潰，這就是競爭。 二、造成併發與競爭的原因 1、多線程併發訪問， Linux 是多任務(線程)的系統，所以多線程訪問是最基本的原因。 2、搶占式併發訪問， ...
一、併發與競爭簡介
併發：多個“用戶”同時訪問一個共用的記憶體。
競爭：多個“用戶”同時訪問一段共用的記憶體並對其修改，就會造成數據混亂，甚至程式崩潰，這就是競爭。
二、造成併發與競爭的原因
1、多線程併發訪問， Linux 是多任務(線程)的系統，所以多線程訪問是最基本的原因。
2、搶占式併發訪問， Linux 內核支持搶占，也就是說調度程式可以在任意時刻搶占正在運行的線程，從而運行其他的線程。
3、中斷程式併發訪問，這個無需多說，學過 STM32 的同學應該知道，硬體中斷的權利可是很大的。
4、 SMP(多核)核間併發訪問，現在 ARM 架構的多核 SOC 很常見，多核 CPU 存在核間併發訪問。
三、臨界區（共用資源）
在多任務的工作模式下有多個執行單位，它們通常可以擁有一段共用空間（比如全局變數、共用
四、避免併發與競爭的操作：
1、原子操作
原子操作就是指不能再進一步分割的操作，一般原子操作用於變數或者位操作。
對於基本的賦值操作比如a=1;在內核裡面的步驟為：
ldr r0, =0X30000000 // 變數 a 地址 ldr r1, = 3 // 要寫入的值 str r1, [r0] // 將 3 寫入到 a 變數中
因為一個簡單的賦值就有三條語句，然後在多進程裡面就可以能出現競爭現象
在編寫驅動時，對全局變數要求保證原子操作可以用 atomic_t 結構體：
typedef struct { int counter; } atomic_t;
通過原子整形API庫函數進行整形操作和位操作。
2、自旋鎖
原子操作可以用來解決變數訪問的問題，我們在實際應用中有時候需要操作的不止是變數，還有一塊區域（比如結構體變數）等。為了保護他們，我們就添加了各種鎖，比如自旋鎖。自旋鎖適用於短時期輕量級加鎖，長時間就用信號量。
自旋鎖使用註意事項：
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因為等待資源的線程會一直“自旋”，所以線程持有自旋鎖，訪問臨界區的時間不能太長。
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臨界區中，不能存在任何會引起線程阻塞、睡眠的操作，否者可能引起死鎖。
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不能遞歸的申請自旋鎖。
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考慮到程式的可移植性，在使用自旋鎖時不管你的cpu是單核，還是多核，都當做多核來使用。
死鎖：線程在獲取鎖之後阻塞或睡眠，導致多個線程都阻塞。
自旋鎖會自動禁止搶占，也就說當線程 A得到鎖以後會暫時禁止內核搶占。如果線程 A 在持有鎖期間進入了休眠狀態，那麼線程 A 會自動放棄 CPU 使用權。線程 B 開始運行，線程 B 也想要獲取鎖，但是此時鎖被 A 線程持有，而且內核搶占還被禁止了！線程 B 無法被調度出去，那麼線程 A 就無法運行，鎖也就無法釋放，好了，死鎖發生了！
3.信號量
信號量特點：
1.線程可以訪問的臨界區比較大，訪問資源的時間長，所以臨界區中可以調用引起阻塞的操作。 2.等待資源的線程不會一直等待，會讓出 cpu 使用權，進入掛起、睡眠狀態。（cpu經過調度執行其它線程） 3.正是因為會進入睡眠態，所以不能在中斷中使用，同時也不能在自旋鎖的臨界區中使用。（中斷講究快進快出） 4.在等待資源時CPU 會經歷 切換、喚醒進程等等操作，會產生一定的開銷。當使用信號量所爭取的利益大於這個開銷時就不要使用信號量。
4.互斥體
信號量值 = 1 可以實現互斥訪問，Linux 比信號量更專業的機制來進行互斥，即互斥體 mutex。使用過程中有其它線程想要獲取該資源的鎖，那麼它就會被阻塞陷入睡眠狀態，直到該資源被解鎖才會被喚醒。
互斥體特點： 1.mutex 可以導致休眠，因此也不能在中斷中使用 mutex，中斷中只能使用自旋鎖。 2.和信號量一樣， mutex 保護的臨界區可以調用引起阻塞的 API 函數。（臨界區中可以引起塞） 3.因為一次只有一個線程可以持有 mutex，因此，必須由 mutex 的持有者釋放 mutex。並且 mutex 不能遞歸上鎖和解鎖。
互斥體使用註意事項： 互斥體和自旋鎖都是解決互斥問題的一種手段。互斥體是進程級別的，互斥體在使用的時候會發生進程間的切換，因此，使用互斥體資源開銷比較大。自旋鎖可以節省上下文切換的時間，如果持有鎖的時間不長，使用自旋鎖是比較好的選擇，如果持有鎖時間比較長，互斥體顯然是更好的選擇。
互斥體與自旋鎖區別： 1.當鎖不能被獲取到時，使用互斥體的開銷是進程上下文切換時間，使用自旋鎖的開銷是等待獲取自旋鎖（由臨界區執行時間決定）。若臨界區比較小，宜使用自旋鎖，若臨界區很大，應使用互斥 體。 2.互斥體所保護的臨界區可包含可能引起阻塞的代碼，而自旋鎖則絕對要避免用來保護包含這樣代碼的臨界區。因為阻塞意味著要進行進程的切換，如果進程被切換岀去後，另一個進程企圖獲取本自旋鎖，死鎖就會發生。 3.互斥體存在於進程上下文。因此，如果被保護的共用資源需要在中斷或軟中斷情況下使用，則在互斥體和自旋鎖之間只能選擇自旋鎖。當然，如果一定要使用互斥體，則只能通過mutextrylock（）方式進行，不能獲取就立即返回以避免阻塞。
