同步机制就是为了解决资源访问竞争产生问题的一种方法与手段
原子操作是由编译器来保证的，保证一个线程对数据的操作不会被其他线程打断。
当发生访问资源冲突的时候，当一个进程或线程获取了一个自旋锁后，另外一个进程或线程期望获取该自旋锁，获取不到，只能够原地“打转”（忙等待），这也是为啥叫自旋锁的原因。进程、线程、软中断和硬中断都可以使用自旋锁。由于自旋过程中是消耗CPU资源的，所以自旋锁不适用于自不应该被长时间的持有场景。
信号量（semaphore）是进程间通信处理同步互斥的机制。是在多线程环境下使用的一种措施，它负责协调各个进程，以保证他们能够正确、合理的使用公共资源。 它和spin lock最大的不同之处就是：无法获取信号量的进程可以睡眠，会产生导致系统调用。当semaphore的count值为1是，称为互斥信号量。
不管是自旋锁还是信号量在同一时间只能有一个进程进入临界区。对于有些情况，我们是可以区分读写操作的。因此，我们希望对于读操作的进程可以并发进行。对于写操作只限于一个进程进入临界区。而这种同步机制就是读写锁。读写锁一般具有以下几种性质：
- 同一时间有且仅有一个写进程进入临界区
- 在没有写进程进入临界区的时候，同时可以有多个读进程进入临界区
- 读进程和写进程不可以同时进入临界区
读写锁有两种，一种是信号量类型，另一种是spin lock类型。
semaphore在初始化count计数的时候，可以分为计数信号量和互斥信号量（二值信号量）。mutex和初始化计数为1的二值信号量有很大的相似之处。他们都可以用做资源互斥。但是mutex却有一个特殊的地方：只有持锁者才能解锁。但是二值信号量却可以在一个进程中获取信号量，在另一个进程中释放信号量。
Futex是Fast Userspace muTexes的缩写，它是一种用户态和内核态混合的同步机制。Futex中文翻译是快速用户空间互斥体。
Futex实现机制是同步的进程间通过mmap共享一段内存，futex变量就位于这段共享的内存中且操作是原子的，当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候，先去查看共享内存中的futex变量，如果没有竞争发生，则只修改futex,而不用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生，则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说，futex就是通过在用户态的检查，(motivation)如果了解到没有竞争就不用陷入内核了，大大提高了low-contention时候的效率。
Futex函数定义如下：
int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3)
- uaddr就是用户态下共享内存的地址，里面存放的是一个对齐的整型计数器。
- op存放着操作类型。常见操作类型有以下两个：
- FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠，直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。
- FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程
Futex使用流程:
- 用户线程通过CAS类原子指令尝试获取锁，如果成功，则获取锁成功。这种情况下无需调用系统调用，不需要进入内核。开销很小。
- 如果CAS失败，可以选择spin重试，也可以选择挂起自己等待唤醒。这里即调用系统调用，让内核操作挂起，为了保证锁原语，调用者将futex word的当前状态（锁定状态）作为参数传入内核，内核进行检查如果与futex word的当前一致，则挂起线程。否则返回失败。
- 为了唤醒等待线程，获取锁的线程在释放锁后，需要调用系统调用，来通知锁释放，内核会唤醒等待者进行竞争锁。
各种同步机制比较：
| 类型 | 机制 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 原子操作 | 数据的原子访问 | 使用于简单的数据类型，比如整形 |
| 自旋锁 | 未获取锁时候，忙等待，进程不挂起 | 1. 适用于多处理器间共享数据 2. 在可抢占的内核线程里共享数据 3. 适用锁保持时间很短的情况 4. 可以使用任何上下文中使用比如中断上下文 |
| 信号量 | 阻塞式等待，进程挂起 | 1. 适合共享区保持时间较长的情况 2. 只适用于进程上下文 |
| rwlock | 特殊的自旋锁 | 1. 允许同事读共享资源，但只能有一个写 2. 读优先于写, 读写不能同时进行 |
同步机制如何选择：
