互斥锁自旋锁信号量
时间: 2025-04-21 19:45:26 浏览: 32
### 互斥锁、自旋锁和信号量的区别
#### 互斥锁 (Mutex)
互斥锁主要用于确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。当一个线程尝试获取已经被其他线程持有的互斥锁时,该线程会被挂起直到持有锁的线程释放它[^1]。
```c
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_lock(&mutex);
// Critical section code here...
pthread_mutex_unlock(&mutex);
```
这种机制适合于长时间持有锁的情况下,因为被阻塞的线程不会消耗 CPU 资源[^3]。
#### 自旋锁 (Spinlock)
自旋锁也用于保护临界区,但其行为有所不同。如果当前处理器无法立即获得锁,则会进入忙等待循环(即“自旋”),不断检查锁的状态直至可用。这种方式适用于预期锁定时间非常短的情形,在多核或多处理器环境中特别有用。
```c
spinlock_t spinlock;
spin_lock(&spinlock);
// Critical section code here...
spin_unlock(&spinlock);
```
由于自旋期间仍占用着 CPU 时间片,因此对于较长操作来说效率低下。
#### 信号量 (Semaphore)
信号量不仅能够提供类似于互斥锁的功能来控制对单一资源的独占性访问,还可以扩展到管理多个相同类型的有限数量资源。通过 P/V 操作(或 wait/signal)减少/增加计数值来进行同步[^2]。
```c
sem_t semaphore;
sem_wait(&semaphore); // Decrements the semaphore value.
// Critical section or resource access here...
sem_post(&semaphore); // Increments the semaphore value.
```
除了基本的二元信号量外,还存在计数型信号量允许超过两个状态变化,这使得它可以表示一组可重入的对象池大小。
### 应用场景对比
- **互斥锁**:最适合那些需要严格保证数据一致性的地方,并且预计加锁的时间相对较长的任务;例如数据库事务处理中的表级锁定。
- **自旋锁**:理想应用于极短时间内完成的操作以及高并发环境下频繁争抢少量资源的情况;比如内核态下的某些快速路径上的保护措施。
- **信号量**:广泛运用于各种场合下协调进程间通信或者限制同时运行实例数目等问题之上;如生产者消费者模型里调节缓冲区内存块分配。
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