Linux信号量详解：保护共享资源的关键

本文档深入探讨了Linux信号量，一种关键的系统资源管理工具，用于保护共享资源，确保在一个时刻只有一个进程或线程能够访问。信号量的主要作用在于协调多线程或多进程环境下的并发访问，通过改变其值来指示资源的可用性。 首先，信号量的基础概念包括：当信号量值为正时，表示资源空闲，进程可以立即获取并使用；当值为0时，表示资源已被占用，等待的进程会进入睡眠队列，直到资源释放；而负值则表示资源已被完全占用，且存在等待进程。 文章接着区分了Linux中两种类型的信号量：内核信号量和用户态信号量。内核信号量，作为内核的一部分，与自旋锁类似，当资源被占用时会阻塞进程，直到资源可用。它由struct semaphore结构定义，包含count（信号量值）、sleepers（标识睡眠进程）和wait_queue_head_twait（指向等待队列的指针）。用户态信号量则进一步细分为POSIX信号量（有名和无名）和SYSTEM V信号量，其中有名信号量将值保存在文件中，适用于进程间同步，而无名信号量保存在内存中。 内核信号量使用了隐藏的等待队列机制，当资源被占用时，等待进程会被添加到队列中，而非立即执行。当资源释放后，这些进程才会从队列中移除，然后进入工作队列等待CPU调度。用户无需直接处理等待队列，这保证了系统的简洁性和安全性。 理解信号量的工作原理对于编写高效的并发程序至关重要，尤其是在Linux系统中，熟练掌握信号量的使用可以帮助开发者避免资源争抢和死锁等问题，提升程序的并发性能。