linux进程间通信——深入理解linux信号量 _linux信号量

信号灯
信号灯与其他进程间通信方式不大相同，它主要提供对进程间共享资源访问控制机制。相当于内存中的标志，进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源（临界区，类似于互斥锁），同时，进程也可以修改该标志。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。
1. 信号灯概述信号灯与其他进程间通信方式不大相同，它主要提供对进程间共享资源访问控制机制。相当于内存中的标志，进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源（临界区，类似于互斥锁），同时，进程也可以修改该标志。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。信号灯有以下两种类型：

二值信号灯：最简单的信号灯形式，信号灯的值只能取0或1，类似于互斥锁。
注：二值信号灯能够实现互斥锁的功能，但两者的关注内容不同。信号灯强调共享资源，只要共享资源可用，其他进程同样可以修改信号灯的值；互斥锁更强调进程，占用资源的进程使用完资源后，必须由进程本身来解锁。
计算信号灯：信号灯的值可以取任意非负值（当然受内核本身的约束）。

2. linux信号灯linux对信号灯的支持状况与消息队列一样，在red had 8.0发行版本中支持的是系统V的信号灯。因此，本文将主要介绍系统V信号灯及其相应API 。在没有声明的情况下，以下讨论中指的都是系统V信号灯。
注意，通常所说的系统V信号灯指的是计数信号灯集。
3. 信号灯与内核1、系统V信号灯是随内核持续的，只有在内核重起或者显示删除一个信号灯集时，该信号灯集才会真正被删除。因此系统中记录信号灯的数据结构（struct ipc_ids sem_ids）位于内核中，系统中的所有信号灯都可以在结构sem_ids中找到访问入口。
2、下图说明了内核与信号灯是怎样建立起联系的：

文章插图

【linux进程间通信——深入理解linux信号量】其中：structipc_ids sem_ids是内核中记录信号灯的全局数据结构；描述一个具体的信号灯及其相关信息。
其中，struct sem结构如下：
struct sem{int semval; // current valueint sempid; // pid of last operation}从上图可以看出，全局数据结构struct ipc_ids sem_ids可以访问到struct ipc_id ipcid的一个成员：struct kern_ipc_perm；而每个struct kern_ipc_perm能够与具体的信号灯集对应起来是因为在该结构中，有一个key_t类型成员key，而key则唯一确定一个信号灯集struct sem_array；同时，结构struct sem_array的最后一个成员sem_nsems确定了该信号灯在信号灯集中的顺序，这样内核就能够记录每个信号灯的信息了。
kern_ipc_perm结构如下：

//内核中全局数据结构sem_ids能够访问到该结构；struct kern_ipc_perm{key_tkey;//该键值则唯一对应一个信号灯集uid_tuid;gid_tgid;uid_tcuid;gid_tcgid;mode_tmode;unsigned long seq;}

/*系统中的每个信号灯集对应一个sem_array 结构 */struct sem_array {struct kern_ipc_perm sem_perm; /* permissions .. see ipc.h */time_t sem_otime; /* last semop time */time_t sem_ctime; /* last change time */struct sem *sem_base; /* ptr to first semaphore in array */struct sem_queue *sem_pending; /* pending operations to be processed */struct sem_queue **sem_pending_last; /* last pending operation */struct sem_undo *undo; /* undo requests on this array */unsigned long sem_nsems; /* no. of semaphores in array */};

其中，sem_queue结构如下：

/* 系统中每个因为信号灯而睡眠的进程，都对应一个sem_queue结构*/struct sem_queue {struct sem_queue * next; /* next entry in the queue */struct sem_queue ** prev; /* previous entry in the queue, *(q->prev) == q */struct task_struct* sleeper; /* this process */struct sem_undo * undo; /* undo structure */int pid; /* process id of requesting process */int status; /* completion status of operation */struct sem_array * sma; /* semaphore array for operations */int id; /* internal sem id */struct sembuf * sops; /* array of pending operations */int nsops; /* number of operations */int alter; /* operation will alter semaphore */};

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