Linux之信号量比较全面个人总结Word下载.docx
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存放等待队列链表的地址，当前等待资源的所有睡眠进程都会放在这个链表中。
sleepers：
存放一个标志，表示是否有一些进程在信号量上睡眠。
2．内核信号量中的等待队列（删除，没有联系）
上面已经提到了内核信号量使用了等待队列wait_queue来实现阻塞操作。
当某任务由于没有某种条件没有得到满足时，它就被挂到等待队列中睡眠。
当条件得到满足时，该任务就被移出等待队列，此时并不意味着该任务就被马上执行，因为它又被移进工作队列中等待CPU资源，在适当的时机被调度。
内核信号量是在内部使用等待队列的，也就是说该等待队列对用户是隐藏的，无须用户干涉。
由用户真正使用的等待队列我们将在另外的篇章进行详解。
3．内核信号量的相关函数
（1）初始化：
voidsema_init（structsemaphore*sem,intval）;
voidinit_MUTEX（structsemaphore*sem）;
//将sem的值置为1，表示资源空闲
voidinit_MUTEX_LOCKED（structsemaphore*sem）;
//将sem的值置为0，表示资源忙
（2）申请内核信号量所保护的资源：
voiddown（structsemaphore*sem）;
//可引起睡眠
intdown_interruptible（structsemaphore*sem）;
//down_interruptible能被信号打断
intdown_trylock（structsemaphore*sem）;
//非阻塞函数，不会睡眠。
无法锁定资源则
马上返回
（3）释放内核信号量所保护的资源：
voidup（structsemaphore*sem）;
4．内核信号量的使用例程
在驱动程序中，当多个线程同时访问相同的资源时（驱动中的全局变量时一种典型的共享资源），可能会引发“竞态“，因此我们必须对共享资源进行并发控制。
Linux内核中解决并发控制的最常用方法是自旋锁与信号量（绝大多数时候作为互斥锁使用）。
ssize_tglobalvar_write（structfile*filp,constchar*buf,size_tlen,loff_t*off）
{
//获得信号量
if（down_interruptible（&
sem））
{
return-ERESTARTSYS;
}
//将用户空间的数据复制到内核空间的global_var
if（copy_from_user（&
global_var,buf,sizeof（int）））
up（&
sem）;
return-EFAULT;
//释放信号量
up（&
returnsizeof（int）;
}
四．POSIX信号量与SYSTEMV信号量的比较
1.对POSIX来说，信号量是个非负整数。
常用于线程间同步。
而SYSTEMV信号量则是一个或多个信号量的集合，它对应的是一个信号量结构体，这个结构体是为SYSTEMVIPC服务的，信号量只不过是它的一部分。
常用于进程间同步。
2．POSIX信号量的引用头文件是“<
semaphore.h>
”，而SYSTEMV信号量的引用头文件是“<
sys/sem.h>
”。
3．从使用的角度，SystemV信号量是复杂的，而Posix信号量是简单。
比如，POSIX信号量的创建和初始化或PV操作就很非常方便。
五．POSIX信号量详解
1．无名信号量
无名信号量的创建就像声明一般的变量一样简单，例如：
sem_tsem_id。
然后再初始化该无名信号量，之后就可以放心使用了。
无名信号量常用于多线程间的同步，同时也用于相关进程间的同步。
也就是说，无名信号量必须是多个进程（线程）的共享变量，无名信号量要保护的变量也必须是多个进程（线程）的共享变量，这两个条件是缺一不可的。
常见的无名信号量相关函数：
sem_destroy
intsem_init（sem_t*sem,intpshared,unsignedintvalue）;
1）pshared==0用于同一多线程的同步；
2）若pshared>
0用于多个相关进程间的同步（即由fork产生的）
intsem_getvalue（sem_t*sem,int*sval）;
取回信号量sem的当前值，把该值保存到sval中。
若有1个或更多的线程或进程调用sem_wait阻塞在该信号量上，该函数返回两种值：
1）返回0
2）返回阻塞在该信号量上的进程或线程数目
linux采用返回的第一种策略。
sem_wait（或sem_trywait）相当于P操作，即申请资源。
intsem_wait（sem_t*sem）;
//这是一个阻塞的函数
测试所指定信号量的值,它的操作是原子的。
若sem>
0，那么它减1并立即返回。
若sem==0，则睡眠直到sem>
0，此时立即减1，然后返回。
intsem_trywait（sem_t*sem）;
//非阻塞的函数
其他的行为和sem_wait一样，除了：
若sem==0，不是睡眠，而是返回一个错误EAGAIN。
sem_post相当于V操作，释放资源。
intsem_post（sem_t*sem）;
把指定的信号量sem的值加1;
呼醒正在等待该信号量的任意线程。
注意：
在这些函数中，只有sem_post是信号安全的函数，它是可重入函数
（a）无名信号量在多线程间的同步
无名信号量的常见用法是将要保护的变量放在sem_wait和sem_post中间所形成的临界区内，这样该变量就会被保护起来，例如：
#include<
pthread.h>
sys/types.h>
stdio.h>
unistd.h>
intnumber;
//被保护的全局变量
sem_tsem_id;
void*thread_one_fun（void*arg）
sem_wait（&
sem_id）;
printf（"
thread_onehavethesemaphore\n"
）;
number++;
number=%d\n"
number）;
sem_post（&
void*thread_two_fun（void*arg）
thread_twohavethesemaphore\n"
number--;
intmain（intargc,char*argv[]）
number=1;
pthread_tid1,id2;
sem_init（&
sem_id,0,1）;
pthread_create（&
id1,NULL,thread_one_fun,NULL）;
id2,NULL,thread_two_fun,NULL）;
pthread_join（id1,NULL）;
pthread_join（id2,NULL）;
printf（"
main,,,\n"
return0;
上面的例程，到底哪个线程先申请到信号量资源，这是随机的。
如果想要某个特定的顺序的话，可以用2个信号量来实现。
例如下面的例程是线程1先执行完，然后线程2才继续执行，直至结束。
sem_tsem_id1,sem_id2;
sem_id1）;
sem_id2）;
sem_init（&
sem_id1,0,1）;
//空闲的
sem_id2,0,0）;
//忙的
（b）无名信号量在相关进程间的同步
说是相关进程，是因为本程序中共有2个进程，其中一个是另外一个的子进程（由fork
产生）的。
本来对于fork来说，子进程只继承了父进程的代码副本，mutex理应在父子进程中是相互独立的两个变量，但由于在初始化mutex的时候，由pshared=1指定了mutex处于共享内存区域，所以此时mutex变成了父子进程共享的一个变量。
此时，mutex就可以用来同步相关进程了。
errno.h>
stdlib.h>
sys/stat.h>
fcntl.h>
sys/mman.h>
intmain（intargc,char**argv）
intfd,i,count=0,nloop=10,zero=0,*ptr;
sem_tmutex;
//openafileandmapitintomemory
fd=open（"
log.txt"
O_RDWR|O_CREAT,S_IRWXU）;
write（fd,&
zero,sizeof（int））;
ptr=mmap（NULL,sizeof（int）,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0）;
close（fd）;
/*create,initializesemaphore*/
if（sem_init（&
mutex,1,1）<
0）//
{
perror（"
semaphoreinitilization"
exit（0）;
}
if（fork（）==0）
{/*childprocess*/
for（i=0;
i<
nloop;
i++）
sem_wait（&
mutex）;
printf（"
child:
%d\n"
（*ptr）++）;
sem_post（&
/*backtoparentprocess*/
parent:
2．有名信号量
有名信号量的特点是把信号量的值保存在文件中。
这决定了它的用途非常广：
既可以用于线程，也可以用于相关进程间，甚至是不相关进程。
（a）有名信号量能在进程间共享的原因
由于有名信号量的值是保存在文件中的，所以对于相关进程来说，子进程是继承了父进程的文件描述符，那么子进程所继承的文件描述符所指向的文件是和父进程一样的，当然文件里面保存的有名信号量值就共享了。
（b）有名信号量相关函数说明
有名信号量在使用的时候，和无名信号量共享sem_wait和sem_post函数。
区别是有名信号量使用sem_open代替sem_init，另外在结束的时候要像关闭文件一样去关闭这个有名信号量。
（1）打开一个已存在的有名信号量，或创建并初始化一个有名信号量。
一个单一的调用就完成了信号量的创建、初始化和权限的设置。
sem_t*sem_open（constchar*name,
intoflag,mode_tmode,intvalue）;
name是文件的路径名；
Oflag有O_CREAT或O_CREAT|EXCL两个取值；
mode_t控制新的信号量的访问权限；
Value指定信号量的初始化值。
注意：
这里的name不能写成/tmp/aaa.sem这样的格式，因为在linux下，sem都是创建在/dev/shm目录下。
你可以将name写成“/mysem”或“mysem”，创建出来的文件都是“/dev/shm/sem.mysem”，千万不要写路径。
也千万不要写“/tmp/mysem”之类的。
当oflag=O_CREAT时，若name指定的信号量不存在时，则会创建一个，而且后面的mode和value参数必须有效。
若name指定的信号量已存在，则直接打开该信号量，同时忽略mode和value参数。
当oflag=O_CREAT|O_EXCL时，若name指定的信号量已存在，该函数会直接返回error。
（2）一旦你使用了一信号量，销毁它们就变得很重要。
在做这个之前，要确定所有对这个有名信号量的引用都已经通过sem_close（）函数关闭了，然后只需在退出或是退出处理函数中调用sem_unlink（）去删除系统中的信号量，注意如果有任何的处理器或是线程引用这个信号量，sem_unlink（）函数不会起到任何的作用。
也就是说，必须是最后一个使用该信号量的进程来执行sem_unlick才有效。
因为每个信号灯有一个引用计数器记录当前的打开次数，sem_unlink必须等待这个数为0时才能把name所指的信号灯从文件系统中删除。
也就是要等待最后一个sem_close发生。
（c）有名信号量在无相关进程间的同步
前面已经说过，有名信号量是位于共享内存区的，那么它要保护的资源也必须是位于共享内存区，只有这样才能被无相关的进程所共享。
在下面这个例子中，服务进程和客户进程都使用shmget和shmat来获取得一块共享内存资源。
然后利用有名信号量来对这块共享内存资源进行互斥保护。
<
u>
File1:
server.c<
/u>
sys/ipc.h>
sys/shm.h>
#defineSHMSZ27
charSEM_NAME[]="
vik"
;
intmain（）
charch;
intshmid;
key_tkey;
char*shm,*s;
sem_t*mutex;
//namethesharedmemorysegment
key=1000;
//create&
initializesemaphore
mutex=sem_open（SEM_NAME,O_CREAT,0644,1）;
if（mutex==SEM_FAILED）
unabletocreatesemaphore"
sem_unlink（SEM_NAME）;
exit（-1）;
//createthesharedmemorysegmentwiththiskey
shmid=shmget（key,SHMSZ,IPC_CREAT|0666）;
if（shmid<
0）
failureinshmget"
//attachthissegmenttovirtualmemory
shm=shmat（shmid,NULL,0）;
//startwritingintomemory
s=shm;
for（ch='
A'
ch<
='
Z'
ch++）
sem_wait（mutex）;
*s++=ch;
sem_post（mutex）;
//thebelowloopcouldbereplacedbybinarysemaphore
while（*shm!
='
*'
）
sleep
（1）;
sem_close（mutex）;
shmctl（shmid,IPC_RMID,0）;
exit（0）;
File2:
client.c<
initializeexistingsemaphore
mutex=sem_open（SEM_NAME,0,0644,0）;
reader:
unabletoexecutesemaphore"
shmid=shmget（key,SHMSZ,0666）;
//startreading
for（s=shm;
*s!
=NULL;
s++）
putchar（*s）;
//oncedonesignalexitingofreader:
Thiscanbereplacedbyanothersemaphore
*shm='
六．SYSTEMV信号量
这是信号量值的集合，而不是单个信号量。
相关的信号量操作函数由<
引用。
1．信号量结构体
内核为每个信号量集维护一个信号量结构体，可在<
找到该定义：
structsemid_ds{
structipc_permsem_perm;
/*信号量集的操作许可权限*/
structsem*sem_base;
/*某个信号量sem结构数组的指针，当前信号量集
中的每个信号量对应其中一个数组元素*/
ushortsem_nsems;
/*sem_base数组的个数*/
time_tsem_otime;
/*最后一次成功修改信号量数组的时间*/
time_tsem_ctime;
/*成功创建时间*/
};
structsem{
ushortsemval;
/*
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