1. 信號量(semaphore)主要用於保護臨界資源。
進程可以根據它判斷是否能訪問某些共享資源。
信號量除了用於訪問控制外，還可用於進程同步，也就是進程間通信。
2. 信號量分類：
a. 二值信號量： 信號量的值只能取0或1，類似於互斥鎖mutex，但兩者又不同：
mutex 與 二值信號量的區別：
信號量強調共享資源，只要共享資源可用，其他進程同樣可以修改信號量的值；
互斥鎖更強調進程，占用資源的進程使用完資源後，必須由進程本身來接鎖。
b. 計數信號量：信號量的值可以取任意非負值。
system V信號量通過定義如下概念給信號量增加了另外一級復雜度。
計數信號量集：一個或多個信號量（構成一個集合），其中每個都是計數信號量。每個集合的信號量數存在一個限制，一般在25個數量級。
3.semget函數（信號量的創建）
semget函數創建一個信號量集或訪問一個已存在的信號量集。
#include <sys/sem.h> int senget(key_t key,int nsems,int oflag);
nsems參數指定集合中的信號量數。如果我們不創建一個新的信號量集，而只是訪問一個已存在的集合，那就可以把該參數指定為0。一旦創建完一個信號量集，我們就不能改變其中的信號量數。
oflag值是SEM_R和SEM_A常值得組合。他們還可以與IPC _CREAT或IPC_CREAT | IPC_EXCL按位或。
當實際操作為創建一個新的信號量集時，相應的semid_ds結構的以下成員將被初始化。
（1）sem_perm結構的uid和cuid成員被置為調用進程的有效用戶ID，gid和cgid成員被置為調用進程的有效組ID。
（2）oflag參數中的讀寫權限位存入sem_perm.mode。
（3）sem_otime被置為0，sem_ctime則被置為當前時間。
（4）sem_nsems被置為nsems參數的值。
（5）與該集合中每個信號量關聯的各個sem結構並不初始化。這些結構時在以SET_VAL或SETALL命令調用semctl時初始化的。
4.semop函數（操作信號量）
使用semget打開一個信號量集後，對其中一個或多個信號量的操作就使用semop函數來執行。
#include <sys/sem.h> int semop(int semid,struct sembuf *opsptr,size_t nops);
其中opsptr指向一個如下結構的數組：
struct sembuf{
unsigned short sem_num; /* semaphore number */
short sem_op; /* semaphore operation */
short sem_flg; /* operation flags */
};
假定有一個信號量變量sv，
P(sv)：用於等待，如果sv大於0，就給它減去1，如果它的值等於0，就掛起該進程的執行
V(sv)：用於發送信號，如果有其他進程因等待sv而掛起，就讓它恢復運行，如果沒有進程因等待sv而被掛起，就給它加1
semaphore sv=1;
loop forever{
P(sv);
critical code section;
V(sv);
noncritical code section;
}
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信號量函數定義如下所示：
#include<sys/sem.h>
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);//用來直接控制信號量信息
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);//創建一個新信號量或取得一個已有信號量的鍵
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);//用於改變信號量的值
/* After the #includes, the function prototypes and the global variable, we come to the
main function. There the semaphore is created with a call to semget, which returns the
semaphore ID. If the program is the first to be called (i.e. it's called with a parameter
and argc > 1), a call is made to set_semvalue to initialize the semaphore and op_char is
set to X. */
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/sem.h>
#include "semun.h"
static int set_semvalue(void);
static void del_semvalue(void);
static int semaphore_p(void);
static int semaphore_v(void);
static int sem_id;
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
int pause_time;
char op_char = 'O';
srand((unsigned int)getpid());
sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT);
if (argc > 1) {
if (!set_semvalue()) {
fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
op_char = 'X';
sleep(2);
}
/* Then we have a loop which enters and leaves the critical section ten times.
There, we first make a call to semaphore_p which sets the semaphore to wait, as
this program is about to enter the critical section. */
for(i = 0; i < 10; i++) {
if (!semaphore_p()) exit(EXIT_FAILURE);
printf("%c", op_char);fflush(stdout);
pause_time = rand() % 3;
sleep(pause_time);
printf("%c", op_char);fflush(stdout);
/* After the critical section, we call semaphore_v, setting the semaphore available,
before going through the for loop again after a random wait. After the loop, the call
to del_semvalue is made to clean up the code. */
if (!semaphore_v()) exit(EXIT_FAILURE);
pause_time = rand() % 2;
sleep(pause_time);
}
printf("\n%d - finished\n", getpid());
if (argc > 1) {
sleep(10);
del_semvalue();
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/* The function set_semvalue initializes the semaphore using the SETVAL command in a
semctl call. We need to do this before we can use the semaphore. */
static int set_semvalue(void)
{
union semun sem_union;
sem_union.val = 1;
if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return(0);
return(1);
}
/* The del_semvalue function has almost the same form, except the call to semctl uses
the command IPC_RMID to remove the semaphore's ID. */
static void del_semvalue(void)
{
union semun sem_union;
if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore\n");
}
/* semaphore_p changes the semaphore by -1 (waiting). */
static int semaphore_p(void)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = -1; /* P() */
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) {
fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n");
return(0);
}
return(1);
}
/* semaphore_v is similar except for setting the sem_op part of the sembuf structure to 1,
so that the semaphore becomes available. */
static int semaphore_v(void)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = 1; /* V() */
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) {
fprintf(stderr, "semaphore_v failed\n");
return(0);
}
return(1);
}