【OS】互斥锁和自旋锁的区别

阻塞行为

互斥锁：加锁失败时，线程会进入阻塞状态，释放CPU资源，由操作系统调度其他线程执行。

自旋锁：加锁失败时，线程会忙等待，持续循环检查锁的状态，不释放CPU资源。

适用场景

互斥锁：适用于临界区资源访问时间较长或存在阻塞操作的情况，如文件I/O、数据库操作等。

自旋锁：适用于临界区资源访问时间短，且线程竞争不激烈的情况，如内核态驱动程序开发、轻量级数据结构保护等。（临界区资源不是指RTOS的进入临界区，那个是需要关中断的）

性能特点

互斥锁：在锁竞争激烈时，通过让线程睡眠来减少CPU浪费，但上下文切换会带来额外开销。

自旋锁：避免了上下文切换的开销，但在高竞争下可能导致CPU资源浪费。

底层实现

互斥锁：内核调度机制+等待队列。

自旋锁：原子操作+忙等待。

死锁风险

互斥锁：虽然也存在死锁风险，但相对较低，因为线程会睡眠，其他线程有机会获取锁。

自旋锁：更容易出现死锁，因为不会释放CPU资源，如果持有锁的线程进入死循环，其他线程将无法获取锁。

使用环境

互斥锁：适用于用户态程序，可处理长时间持有锁的情况。

自旋锁：常用于内核态，因为内核中线程不能轻易阻塞。此外，在中断处理程序中也只能使用自旋锁，用互斥锁的代码可能导致睡眠，中断中不能睡眠。

补充：

读写锁基于互斥锁，特点是读可以多线程读，写只能一个线程写，同时读和写是互斥的。

读写锁、互斥锁、自旋锁都是悲观锁。悲观锁就好比云文档不能多人同时编辑，想要多人同时编辑就要使用乐观锁。乐观锁就是先改共享资源，改完再判断有没有别人修改，如果发生冲突再说，一般用于冲突概率很低的场景，比如SVN和Git这种应用。

自旋锁的死锁风险：

1. 进入临界区后不能调用可能引起系统休眠的函数
2. 临界区的代码不能被中断函数重入调用

如果进入临界区后睡眠，会引起这样的问题，如下图

如果临界区的代码在执行的时候，中断重入调用，如下图

上面两种情况下，都出现一个问题，就是在临界区运行时，还没有来得及释放锁，当前进程被动释放了CPU的使用权，然后下次「可能是中断处理函数，可能是CPU调度的其他线程」再进来的时候，情况就会比较复杂，因为之前的程序一直没有释放，导致锁一直获取失败，失败后又一直在等待，而且永远等不到锁的释放，就会导致死锁了。

互斥锁死锁风险：

1. A等待B，B等待C，C等待A
2. 互斥锁依赖线程调度，在中断中使用互斥锁，如果加锁失败就会系统死锁，卡在中断里。所以FreeRTOS只提供了在中断条件下的二值信号量函数，比如xSemaphoreTakeFromISR，不支持阻塞时间。