一、竞态发生原因
- 多核多CPU使用同一总线对共享资源的访问（并行）
- 多进程/多线程对共享资源的访问（并发）
- 中断对共享资源的访问
二、竞态的解决
1.中断屏蔽
local_irq_disable()
...
local_irq_enable()只能禁止和使能本CPU内的中断，并不能解决多CPU引发的竞态。
2.原子操作
对于arm而言，底层使用LDREX核STREX指令，让总线监控两个指令之间有无其他存取该地址的实体，如果有则重新执行该段存取指令。
适用于单核/多核的竞态处理
int value = 0;
/*
1. 整型原子操作
*/
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); // 初始化原子变量为0
atomic_set(&v, 1); // 设置原子变量值为1
atomic_add(1, &v); // 原子变量值+1
atomic_sub(1, &v); // 原子变量值-1
atomic_inc(&v); // 原子变量值自增
atomic_dec(&v); // 原子变量值自减
value = atomic_sub_and_test(1, &v); // 原子变量值-1, 并返回是否为0
value = atomic_inc_and_test(&v); // 原子变量值自增, 并返回是否为0
value = atomic_dec_and_test(&v); // 原子变量值自减, 并返回是否为0
value = atomic_add_return(1, &v); // 原子变量值+1, 并返回新值
value = atomic_sub_return(1, &v); // 原子变量值-1, 并返回新值
value = atomic_inc_return(&v); // 原子变量值自增, 并返回新值
value = atomic_dec_return(&v); // 原子变量值自减, 并返回新值
value = atomic_read(&v); // 读取原子变量的值
/*
2. 位原子操作
*/
set_bit(2, &v); // 将对应地址的第2位置1
clear_bit(2, &v); // 将对应地址的第2位置0
change_bit(2, &v); // 将对应地址的第2位取反
value = test_bit(2, &v); // 返回对应地址的第2位
value = test_and_set_bit(2, &v); // 将对应地址的第2位置1, 并测试
value = test_and_clear_bit(2, &v); // 将对应地址的第2位置0, 并测试
value = test_and_change_bit(2, &v); // 将对应地址的第2位取反, 并测试3.自旋锁
本质上是设置原子变量+测试，如果失败了则循环该过程，起到“自旋”的效果
注意事项：
- 主要针对SMP或单CPU但内核可抢占的情况，对于但CPU和内核不支持抢占的系统，自旋锁退化为空操作。
- 自旋锁不能递归使用，会造成死锁。
- 一般只有在占用锁时间极短的情况下使用，太长会导致系统并发性能降低
- 由于自旋锁在获取前会关闭进程抢占，为了防止其他进程无限自旋，在当前进程自旋锁定期间不能调用可能引起进程调度/阻塞的函数
spinlock_t lock;
void spin_lock_init(&lock); // 初始化
void spin_lock(&lock); // 获取失败则自旋等待
bool spin_trylock(&lock); // 获取失败返回false
void spin_unlock(&lock); // 释放锁不受中断和底半部影响的自旋锁（自旋锁的衍生）
spin_lock_irq() = spin_lock() + local_irq_disable()
spin_unlock_irq() = spin_unlock() + local_irq_enable()
spin_lock_irqsave() = spin_lock() + local_irq_save()
spin_unlock_irqrestore() = spin_unlock() + local_irq_restore()
spin_lock_bh() = spin_lock() + local_bh_disable()
spin_unlock_bh() = spin_unlock() + local_bh_enable()如果进程和中断可能访问同一片临界资源，一般在进程上下文中使用spin_lock_irqsave()，而在中断上下文中使用spin_lock()
3.1.读写自旋锁
允许读的并发，但是写时只能有一个进程（也不允许读）。
rwlock_t lock;
rwlock_init(&lock);
read_lock(&lock);
read_unlock();
write_lock_irqsave();
write_unlock_irqrestore();
//...3.2.顺序自旋锁
读执行单元不会被写执行单元阻塞，写执行单元也不会被读执行单元阻塞。但是如果读操作期间，写执行单元已经完成勒操作，则必须重新读取数据。
/*写执行单元*/
write_seqlock(&seqlock_t);
//...
write_sequnlock(&seqlock_t);
/*读执行单元*/
do {
seqnum = read_seqbegin(&seqlock_t);
} while(read_seqretry(&seqlock_t,seqnum));
3.3. 读-复制-更新(RCU)
读操作只是简单增加对共享数据的引用，而写操作需要拷贝副本，对副本进行更改，等到所有读引用都结束之后，再将原数据指向新的数据。
4.信号量
信号量与PV操作对应，主要用于进程/线程间同步
P(S): S = S - 1; 若 S >= 0, 则进程/线程继续执行, 否则进入等待队列
V(S): S = S + 1; 若 S >0, 唤醒等待队列中的进程/线程
struct semaphore sem;
void sema_init(struct semaphore *sem, int val);
void down(struct semaphore *sem); // 获取信号量
int down_interruptible(struct semaphore *sem); // 进入睡眠状态后能被信号打乱. 如果返回值非0, 通常立刻返回-ERESTARTSYS
int down_trylock(struct semaphore *sem); // 获取失败不会导致睡眠
void up(struct semaphore *sem);5.互斥体
互斥体主要用于进程/线程间互斥
struct mutex my_mutex;
mutex_init(&my_mutex);
void mutex_lock(struct mutex* lock);
int mutex_lock_interruptible(struct mutex* lock);
int mutex_trylock(struct mutex *lock);5.1.自旋锁与互斥体的选择
互斥体时进程级的，处于进程上下文之中，而自旋锁则是更底层的实现，本质上互斥体需要使用自旋锁。
1.当访问临界区的时间较长时，使用互斥体可以防止进程慢等待导致CPU空转
2.当访问临界区时间较短时，使用自旋锁可以省去上下文切换的开销
3.当临界区需要再中断或软中断的情况下使用，则只能选择自旋锁
5.2. 互斥锁与信号量的选择：
锁只有0，1两种状态，主要用于保证资源访问的唯一性和排他性；信号量则可以是非负整数，在保证互斥的前提下，可以用于执行单元之间的资源信息同步，使得资源被有序合理占有。
1.当某些执行单元提供临界区的资源，而另一些执行单元消费临界区资源的时候，使用信号量。
2.当临界区的访问具有唯一、排他性的时候，使用锁
6.完成量
用于一个执行单元等待另一个执行单元完成某事。
void init_completion(struct completion*);
void reinit_completion(struct completion*);
void wait_for_completion(struct completion*);
void complete(struct completion*);
void complete_all(struct completion*);