在多线程/多任务系统中，资源竞争会导致数据不一致或系统死锁，信号量(Semaphore)与互斥锁(Mutex)通过同步机制协调共享资源的访问，其核心原理与实现如下：

　　1. 互斥锁：独占式资源访问

　　互斥锁确保同一时刻仅一个执行单元(线程/任务)访问资源，适用于严格互斥场景(如修改全局变量)。

　　操作流程：pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 初始化锁

　　void critical_section() {

　　pthread_mutex_lock(&lock); // 获取锁(阻塞或失败返回)

　　// 访问共享资源(如写全局变量)

　　pthread_mutex_unlock(&lock); // 释放锁

　　}

　　关键特性：

　　所有权：锁的持有者必须负责释放，不可跨线程解锁。

　　优先级继承：部分RTOS(如FreeRTOS)自动提升低优先级任务的优先级，避免优先级反转。

　　2. 信号量：计数型资源池管理

　　信号量通过计数器管理资源池，允许指定数量的执行单元同时访问资源，适用于流量控制或生产者-消费者模型。

　　二进制信号量(类似互斥锁)：sem_t sem;

　　sem_init(&sem, 0, 1); // 初始值1(可用资源数)

　　void access_resource() {

　　sem_wait(&sem); // 计数器减1(若为0则阻塞)

　　// 使用资源

　　sem_post(&sem); // 计数器加1，唤醒等待者

　　}

　　计数信号量：sem_init(&sem, 0, 5); // 允许5个线程并发访问

　　3. 典型应用场景

　　硬件外设竞争：

　　多个任务访问同一SPI总线时，使用互斥锁确保单次独占通信。

　　// FreeRTOS示例

　　xSemaphoreTake(spi_mutex, portMAX_DELAY); // 获取锁

　　spi_send_data(data); // 操作SPI

　　xSemaphoreGive(spi_mutex); // 释放锁

　　任务同步：

　　生产者任务生成数据后通过信号量通知消费者，实现无锁队列同步。

　　// 生产者

　　produce_data(buffer);

　　sem_post(&data_ready); // 增加信号量

　　// 消费者

　　sem_wait(&data_ready); // 等待信号量

　　consume_data(buffer);

　　4. 风险规避策略

　　死锁预防：

　　顺序加锁：所有线程按固定顺序获取多个锁(如先A后B)。

　　超时机制：设定锁等待时间上限(如pthread_mutex_timedlock)。

　　资源泄漏监控：

　　使用静态分析工具(如Coverity)检测未释放的锁或信号量。

　　总结

　　信号量与互斥锁通过不同策略解决资源竞争：

　　互斥锁：通过强制串行化实现独占访问，适用于单资源严格互斥场景;

　　信号量：通过计数控制管理资源池，适用于多实例资源共享或任务同步。

　　开发中需遵循**“最小化临界区”**原则，缩短锁持有时间，避免优先级反转与死锁。在实时系统中，可结合优先级天花板协议(Priority Ceiling)增强确定性。未来趋势将倾向于无锁数据结构(如RCU)与硬件原子操作(如ARM的LDREX/STREX指令)，进一步提升并发性能。