在多線程/多任務系統中，資源競爭會導致數據不一致或系統死鎖，信號量(Semaphore)與互斥鎖(Mutex)通過同步機制協調共享資源的訪問，其核心原理與實現如下：

　　1. 互斥鎖：獨占式資源訪問

　　互斥鎖確保同一時刻僅一個執行單元(線程/任務)訪問資源，適用于嚴格互斥場景(如修改全局變量)。

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

　　void critical_section() {

　　pthread_mutex_lock(&lock); // 獲取鎖(阻塞或失敗返回)

　　// 訪問共享資源(如寫全局變量)

　　pthread_mutex_unlock(&lock); // 釋放鎖

　　}

　　關鍵特性：

　　所有權：鎖的持有者必須負責釋放，不可跨線程解鎖。

　　優先級繼承：部分RTOS(如FreeRTOS)自動提升低優先級任務的優先級，避免優先級反轉。

　　2. 信號量：計數型資源池管理

　　信號量通過計數器管理資源池，允許指定數量的執行單元同時訪問資源，適用于流量控制或生產者-消費者模型。

　　二進制信號量(類似互斥鎖)：sem_t sem;

　　sem_init(&sem, 0, 1); // 初始值1(可用資源數)

　　void access_resource() {

　　sem_wait(&sem); // 計數器減1(若為0則阻塞)

　　// 使用資源

　　sem_post(&sem); // 計數器加1，喚醒等待者

　　}

　　計數信號量：sem_init(&sem, 0, 5); // 允許5個線程并發訪問

　　3. 典型應用場景

　　硬件外設競爭：

　　多個任務訪問同一SPI總線時，使用互斥鎖確保單次獨占通信。

　　// FreeRTOS示例

　　xSemaphoreTake(spi_mutex, portMAX_DELAY); // 獲取鎖

　　spi_send_data(data); // 操作SPI

　　xSemaphoreGive(spi_mutex); // 釋放鎖

　　任務同步：

　　生產者任務生成數據后通過信號量通知消費者，實現無鎖隊列同步。

　　// 生產者

　　produce_data(buffer);

　　sem_post(&data_ready); // 增加信號量

　　// 消費者

　　sem_wait(&data_ready); // 等待信號量

　　consume_data(buffer);

　　4. 風險規避策略

　　死鎖預防：

　　順序加鎖：所有線程按固定順序獲取多個鎖(如先A后B)。

　　超時機制：設定鎖等待時間上限(如pthread_mutex_timedlock)。

　　資源泄漏監控：

　　使用靜態分析工具(如Coverity)檢測未釋放的鎖或信號量。

　　總結

　　信號量與互斥鎖通過不同策略解決資源競爭：

　　互斥鎖：通過強制串行化實現獨占訪問，適用于單資源嚴格互斥場景;

　　信號量：通過計數控制管理資源池，適用于多實例資源共享或任務同步。

　　開發中需遵循**“最小化臨界區”**原則，縮短鎖持有時間，避免優先級反轉與死鎖。在實時系統中，可結合優先級天花板協議(Priority Ceiling)增強確定性。未來趨勢將傾向于無鎖數據結構(如RCU)與硬件原子操作(如ARM的LDREX/STREX指令)，進一步提升并發性能。