Linux信号全解析：内核与用户态信号量详解

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本文档详细介绍了Linux信号量的使用全集，信号量是一种关键的并发控制机制，主要应用于保护共享资源，确保在同一时间只有一个进程或线程能够访问这些资源。信号量的种类包括内核信号量和用户态信号量，其中内核信号量由操作系统内核管理，而用户态信号量则分为POSIX信号量和SYSTEMV信号量，其中POSIX信号量又有有名和无名之分。内核信号量的工作原理类似于自旋锁，当资源忙时，试图访问的进程会被阻塞，直到资源被释放。内核信号量的结构由三个部分组成：count（信号量值，表示资源状态）、waiters（等待队列的标志）和wait队列。`sema_init`和相关函数用于初始化信号量，如设置初始值为忙碌或空闲，`down`和`up`操作则分别用于申请和释放信号量。内核信号量的使用中，需要注意的是只有非中断处理程序和可延迟函数才能使用内核信号量，因为它们不能导致进程睡眠。而用户态信号量提供了更多的灵活性，如POSIX信号量，通过有名和无名的区别，允许在进程间共享信号量状态并持久化。理解Linux信号量的分类、工作原理以及如何正确地初始化和使用这些机制对于保证多任务环境下的资源管理和同步至关重要。通过本文档的学习，开发者可以更好地在并发编程中避免资源竞争，提升系统的稳定性和性能。

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);

BBB 取回信号量 sem 的当前值，把该值保存到 sval 中。

BBB 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：

BBB BBB 1) 返回 0

BBB BBB 2) 返回阻塞在该信号量上的进程或线程数目

BBB 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。

int sem_wait(sem_t *sem); // 这是一个阻塞的函数

BBB 测试所指定信号量的值,它的操作是原子的。

BBB 若 sem>0，那么它减 1 并立即返回。

BBB 若 sem==0，则睡眠直到 sem>0，此时立即减 1，然后返回。

int sem_trywait(sem_t *sem); // 非阻塞的函数

BBB 其他的行为和 sem_wait 一样，除了：

BBB 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。

int sem_post(sem_t *sem);

BBB 把指定的信号量 sem 的值加 1;

BBB 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>

#include <semaphore.h>

#include <sys/types.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int number; // 被保护的全局变量

sem_t sem_id;

void* thread_one_fun(void *arg)

{

sem_wait(&sem_id);

printf("thread_one have the semaphore\n");

number++;

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Julien672

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