臨界區和競爭條件
訪問和操作共享數據的代碼段稱為
臨界區。如果兩個執行線程在同一個臨界區中同時執行，稱為競爭條件。避免并發和防止競態出現的機制被稱為同步。內核中造成并發的原因包括：
- 中斷 —— 中斷幾乎可以在任何時刻異步發生，也就可能隨時打斷當前正在執行的代碼。（中斷服務程序訪問被打斷進程正在訪問的資源）
- 軟中斷和tasklet —— 內核能在任何時刻喚醒或調度軟中斷和tasklet，打斷當前正在執行的代碼。
- 內核搶占 —— 因為內核具有搶占性，所以內核中的任務可能會被另一任務搶占。
- 睡眠以及用戶空間的同步 —— 在內核執行的進程可能會睡眠，這就會喚醒調度程序，從而導致調度一個新的用戶進程執行。
- 對稱對處理器 —— 兩個或多個處理器可以同時執行代碼。
- 在編寫代碼的開始階段就要設計恰當的鎖，要給數據而不是代碼加鎖。
- 中斷安全代碼(interrupt-safe) —— 中斷處理程序中能避免并發訪問的代碼。
- SMP安全代碼(SMP-safe) —— 對稱多處理的機器中能避免并發訪問的代碼。
- 搶占安全代碼(preempt-safe) —— 在內核搶占時能避免并發訪問的安全代碼。（SMP安全也意味著搶占安全）
內核同步方法
自旋鎖（spin lock）
自旋鎖最多只能被一個可執行線程持有。如果一個執行線程試圖獲得一個被爭用（已經被持有）的自旋鎖，那么該線程就會一直進行忙循環—旋轉—等待鎖重新可用，要是鎖未被爭用，請求鎖的執行線程便能立刻得到它，繼續執行，在任意時間，自旋鎖都可以防止多于一個的執行線程同時進入臨界區，注意同一個鎖可以用在多個位置—例如，對于給定數據的所有訪問都可以得到保護和同步。
自旋鎖是不可遞歸的。
自旋鎖可以使用在中斷處理程序中。在中斷處理程序中使用自旋鎖時，一定要在獲取鎖之前，首先禁止本地中斷，否則中斷處理程序會打斷正持有鎖的內核代碼，有可能會試圖去爭用這個已經被持有的自旋鎖。但鎖的持有者在中斷處理程序執行完畢前不可能運行，導致雙重請求死鎖。
讀寫自旋鎖
- 這種自旋鎖為讀和寫分別提供了不同的鎖。一個或多個讀任務可以并發地持有讀鎖；寫鎖只能被一個寫任務持有，而此時不能有并發的讀操作。
信號量 （semaphone）
Linux中的信號量是一種睡眠鎖。如果有一個任務試圖獲得一個已被持有的信號量時，信號量會將其推入等待隊列，然后讓其睡眠。這時處理器獲得自由去執行 其它代碼。當持有信號量的進程將信號量釋放后，處于等待隊列中的一個任務將被喚醒，并獲得這個信號量。
由于信號量的睡眠特性，所以：
- 由于爭用信號量的進程在等待鎖變為可用時會進入睡眠狀態，所以信號量適用于鎖被長時間持有的情況。
- 相反，如果持有鎖的時間較短，使用信號量就不合適了。因為睡眠、維護等待隊列以及喚醒進程所花費的時間可能會多于鎖被占用的時間。
- 由于信號量在持有時，執行線程可能會睡眠，所以信號量只能用在進程上下文中。因為中斷上下文中是不能CPU進行調度的。
- 你可以在持有信號量時睡眠，因為其他試圖獲取該信號量的線程也只是去睡眠而已，并不會造成死鎖。（該進程最終會繼續執行的）
- 當你占用信號量時，就不能占有自旋鎖，因為自旋鎖是不允許進程睡眠的。
- 信號量根據同一時刻允許持有者的數量分為
互斥信號量和二值信號量
互斥體（mutex）
互斥體行為和使用互斥信號量類似，但接口更簡單，實現也更高效。
使用注意事項：
- 任何時刻中只有一個任務可以持有mutex, 也就是說，mutex的使用計數永遠是1
給mutex鎖者必須負責給其再解鎖——你不能在一個上下文中鎖定一個mutex，而在另 一個上下文中給它解鎖。這個限制使得mutex不適合內核同用戶空間復雜的同步場景。最 常使用的方式是：在同一上下文中上鎖和解鎖。 - 遞歸地上鎖和解鎖是不允許的。也就是說，你不能遞歸地持有同一個鎖，同樣你也不能再去解鎖一個已經被解開的mutex
- 當持有一個mutex時 ，進程不可以退出
- mutex不能在中斷或者下半部中使用，即使使用mutex_trylock()也不行
- mutex只能通過官方API管理：它只能使用上節中描述的方法初始化，不可被拷貝、手動 初始化或者重復初始化
順序鎖（seq）
實現這種鎖主要依靠一個序列計數器。當有疑義的數據被寫入時，會得到一個鎖，并且序列值會增加。在讀取序列值之前或之后，序列號都被讀取。如果讀取的序列號值相同，說明在讀操作進行的過程中沒有被寫操作打斷過。此外，如果讀取的值是偶數，那么就表明寫操作沒有發生（要明白因為鎖的初值是0，所以寫鎖會使值成為奇數，釋放的時候就變成偶數）。
順序鎖適合以下情況
- 你的數據存在很多讀者。
- 你的數據寫者很少。
- 雖然寫者很少，但是你希望寫優先于讀，而且不允許讀者讓寫者饑餓。
- 你的數據很簡單，如簡單結構，甚至是簡單的整型——在某些場合，你是不能使用原子量的。
