DragonOS/docs/kernel/locking/locks.md

# 锁的类型及其规则

## 简介

  DragonOS内核实现了一些锁，大致可以分为两类：

- 休眠锁
- 自旋锁

## 锁的类型

### 休眠锁

  休眠锁只能在可抢占的上下文之中被获取。

  在DragonOS之中，实现了以下的休眠锁：

- semaphore
- mutex_t

### 自旋锁

- spinlock_t
- {ref}`RawSpinLock <_spinlock_doc_rawspinlock>`（Rust版本的spinlock_t，但与spinlock_t不兼容）
- {ref}`SpinLock <_spinlock_doc_spinlock>` —— 在RawSpinLock的基础上，封装了一层守卫(Guard), 将锁及其要保护到的数据绑定在一个结构体内，并能在编译期避免未加锁就访问数据的问题。

&emsp;&emsp;进程在获取自旋锁后，将改变pcb中的锁变量持有计数，从而隐式地禁止了抢占。为了获得更多灵活的操作，spinlock还提供了以下的方法：

| 后缀                       | 说明                         |
| ------------------------ | -------------------------- |
| _irq()                   | 在加锁时关闭中断/在放锁时开启中断          |
| _irqsave()/_irqrestore() | 在加锁时保存中断状态，并关中断/在放锁时恢复中断状态 |

&emsp;&emsp;当您同时需要使用自旋锁以及引用计数时，一个好的方法是：使用`lockref`. 这是一种额外的加速技术，能额外提供“无锁修改引用计数”的功能。详情请见：{ref}`lockref <_lockref>`

## 详细介绍

### 自旋锁的详细介绍

&emsp;&emsp;关于自旋锁的详细介绍，请见文档：{ref}`自旋锁 <_spinlock_doc>`

### semaphore信号量

&emsp;&emsp;semaphore信号量是基于计数实现的。

&emsp;&emsp;当可用资源不足时，尝试对semaphore执行down操作的进程将会被休眠，直到资源可用。

### mutex互斥量

&emsp;&emsp;mutex是一种轻量级的同步原语，只有0和1两种状态。

&emsp;&emsp;当mutex被占用时，尝试对mutex进行加锁操作的进程将会被休眠，直到资源可用。

#### 特性

- 同一时间只有1个任务可以持有mutex
- 不允许递归地加锁、解锁
- 只允许通过mutex的api来操作mutex
- 在硬中断、软中断中不能使用mutex

#### 数据结构

&emsp;&emsp;mutex定义在`common/mutex.h`中。其数据类型如下所示：

```c
typedef struct
{

    atomic_t count; // 锁计数。1->已解锁。 0->已上锁,且有可能存在等待者
    spinlock_t wait_lock;   // mutex操作锁，用于对mutex的list的操作进行加锁
    struct List wait_list;  // Mutex的等待队列
} mutex_t;
```

#### API

##### mutex_init

**`void mutex_init(mutex_t *lock)`**

&emsp;&emsp;初始化一个mutex对象。

##### mutex_lock

**`void mutex_lock(mutex_t *lock)`**

&emsp;&emsp;对一个mutex对象加锁。若mutex当前被其他进程持有，则当前进程进入休眠状态。

##### mutex_unlock

**`void mutex_unlock(mutex_t *lock)`**

&emsp;&emsp;对一个mutex对象解锁。若mutex的等待队列中有其他的进程，则唤醒下一个进程。

##### mutex_trylock

**`void mutex_trylock(mutex_t *lock)`**

&emsp;&emsp;尝试对一个mutex对象加锁。若mutex当前被其他进程持有，则返回0.否则，加锁成功，返回1.

##### mutex_is_locked

**`void mutex_is_locked(mutex_t *lock)`**

&emsp;&emsp;判断mutex是否已被加锁。若给定的mutex已处于上锁状态，则返回1，否则返回0。