linux锁有哪几种

在 Linux 系统中，锁（Lock）是并发控制的核心机制，主要用于解决多线程/多进程环境下的资源竞争问题。以下是 Linux 中常见的锁类型及其分类：

一、用户空间锁（User-space Locks）

主要用于多线程编程（如 POSIX 线程库 pthread）。

1. 互斥锁（Mutex）

   • 作用：确保同一时间只有一个线程访问共享资源。
   • 特点：
     • 阻塞式锁，未获取锁的线程会休眠。
     • 不可递归（同一线程重复加锁会导致死锁，除非使用 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE）。
   • API：pthread_mutex_init(), pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_unlock()

2. 自旋锁（Spinlock）

   • 作用：通过忙等待（Busy-waiting）实现轻量级同步。
   • 特点：
     • 不休眠，适合短时间等待的高性能场景（如内核临界区）。
     • 用户态需谨慎使用（可能浪费 CPU 周期）。
   • API：pthread_spin_init(), pthread_spin_lock()

3. 读写锁（Read-Write Lock）

   • 作用：区分读/写操作，允许多个读线程同时访问。
   • 特点：
     • 写独占，读共享。
     • 适合读多写少的场景（如缓存）。
   • API：pthread_rwlock_init(), pthread_rwlock_rdlock(), pthread_rwlock_wrlock()

4. 条件变量（Condition Variable）

   • 作用：线程间通知机制，需配合互斥锁使用。
   • 特点：
     • 用于等待特定条件成立（如队列非空）。
   • API：pthread_cond_init(), pthread_cond_wait(), pthread_cond_signal()

5. 屏障（Barrier）

   • 作用：同步多个线程，等待所有线程到达屏障点后再继续。
   • API：pthread_barrier_init(), pthread_barrier_wait()

二、内核空间锁（Kernel-space Locks）

Linux 内核提供的锁机制，部分也可通过系统调用供用户态使用。

1. 原子操作（Atomic Operations）

   • 作用：通过 CPU 指令（如 x86 的 LOCK 前缀）保证操作的原子性。
   • 示例：atomic_t 类型，atomic_inc(), atomic_dec()。

2. 内核互斥锁（Kernel Mutex）

   • 类似用户态互斥锁，但支持更复杂的特性（如优先级继承）。

3. 信号量（Semaphore）

   • 作用：控制对资源的访问数量（计数器）。
   • 分类：
     • 二进制信号量（类似互斥锁）。
     • 计数信号量（允许有限并发）。
   • API：sem_init(), sem_wait(), sem_post()（用户态）；内核态使用 struct semaphore。

4. RCU（Read-Copy-Update）

   • 作用：无锁读取，通过延迟写操作实现高性能。
   • 适用场景：读多写少，如内核路由表。

5. 顺序锁（Seqlock）

   • 作用：通过版本号机制优化读操作（读不加锁，写独占）。
   • 适用场景：读频繁且写极少（如系统时间更新）。

三、文件锁（File Locks）

用于多进程间对文件的同步访问。

1. 劝告锁（Advisory Lock）

   • 特点：依赖进程主动检查锁（非强制）。
   • API：fcntl()（F_SETLK, F_GETLK）。

2. 强制锁（Mandatory Lock）

   • 特点：内核强制阻止其他进程访问已锁文件。
   • 启用方式：文件系统挂载时设置 mand 选项。

3. flock()

   • 作用：对整个文件加锁（粒度较粗）。
   • 特点：仅支持劝告锁。

四、其他同步机制

1. Futex（Fast Userspace Mutex）

   • 作用：混合用户态和内核态的轻量级锁。
   • 原理：用户态尝试获取锁，失败时通过系统调用进入内核态休眠。

2. 内存屏障（Memory Barrier）

   • 作用：防止 CPU 指令重排序，保证内存访问顺序（如 smp_rmb(), smp_wmb()）。

选择锁的建议

• 线程间同步：优先用 mutex 或 rwlock。
• 短临界区：考虑 spinlock（但用户态慎用）。
• 进程间同步：文件锁或共享内存+信号量。
• 高性能读：RCU 或 seqlock（内核场景）。

通过合理选择锁类型，可以平衡性能与安全性。