信號量linux

A. linux信號量

信號量是包含一個非負整數型的變數，並且帶有兩個原子操作wait和signal。Wait還可以被稱為down、P或lock，signal還可以被稱為up、V、unlock或post。在UNIX的API中（POSIX標准）用的是wait和post。

對於wait操作，如果信號量的非負整形變數S大於0，wait就將其減1，如果S等於0，wait就將調用線程阻塞；對於post操作，如果有線程在信號量上阻塞（此時S等於0），post就會解除對某個等待線程的阻塞，使其從wait中返回，如果沒有線程阻塞在信號量上，post就將S加1.

由此可見，S可以被理解為一種資源的數量，信號量即是通過控制這種資源的分配來實現互斥和同步的。如果把S設為1，那麼信號量即可使多線程並發運行。另外，信號量不僅允許使用者申請和釋放資源，而且還允許使用者創造資源，這就賦予了信號量實現同步的功能。可見信號量的功能要比互斥量豐富許多。

POSIX信號量是一個sem_t類型的變數，但POSIX有兩種信號量的實現機制： 無名信號量 和 命名信號量 。無名信號量只可以在共享內存的情況下，比如實現進程中各個線程之間的互斥和同步，因此無名信號量也被稱作基於內存的信號量；命名信號量通常用於不共享內存的情況下，比如進程間通信。

同時，在創建信號量時，根據信號量取值的不同，POSIX信號量還可以分為：

下面是POSIX信號量函數介面：

信號量的函數都以sem_開頭，線程中使用的基本信號函數有4個，他們都聲明在頭文件semaphore.h中，該頭文件定義了用於信號量操作的sem_t類型：

【sem_init函數】：

該函數用於創建信號量，原型如下：

該函數初始化由sem指向的信號對象，設置它的共享選項，並給它一個初始的整數值。pshared控制信號量的類型，如果其值為0，就表示信號量是當前進程的局部信號量，否則信號量就可以在多個進程間共享，value為sem的初始值。

該函數調用成功返回0，失敗返回-1。

【sem_destroy函數】：

該函數用於對用完的信號量進行清理，其原型如下：

成功返回0，失敗返回-1。

【sem_wait函數】：

該函數用於以原子操作的方式將信號量的值減1。原子操作就是，如果兩個線程企圖同時給一個信號量加1或減1，它們之間不會互相干擾。其原型如下：

sem指向的對象是sem_init調用初始化的信號量。調用成功返回0，失敗返回-1。

sem_trywait()則是sem_wait()的非阻塞版本，當條件不滿足時（信號量為0時），該函數直接返回EAGAIN錯誤而不會阻塞等待。

sem_timedwait()功能與sem_wait()類似，只是在指定的abs_timeout時間內等待，超過時間則直接返回ETIMEDOUT錯誤。

【sem_post函數】：

該函數用於以原子操作的方式將信號量的值加1，其原型如下：

與sem_wait一樣，sem指向的對象是由sem_init調用初始化的信號量。調用成功時返回0，失敗返回-1。

【sem_getvalue函數】：

該函數返回當前信號量的值，通過restrict輸出參數返回。如果當前信號量已經上鎖（即同步對象不可用），那麼返回值為0，或為負數，其絕對值就是等待該信號量解鎖的線程數。

【實例1】：

【實例2】：

之所以稱為命名信號量，是因為它有一個名字、一個用戶ID、一個組ID和許可權。這些是提供給不共享內存的那些進程使用命名信號量的介面。命名信號量的名字是一個遵守路徑名構造規則的字元串。

【sem_open函數】：

該函數用於創建或打開一個命名信號量，其原型如下：

參數name是一個標識信號量的字元串。參數oflag用來確定是創建信號量還是連接已有的信號量。

oflag的參數可以為0，O_CREAT或O_EXCL：如果為0，表示打開一個已存在的信號量；如果為O_CREAT，表示如果信號量不存在就創建一個信號量，如果存在則打開被返回，此時mode和value都需要指定；如果為O_CREAT|O_EXCL，表示如果信號量存在則返回錯誤。

mode參數用於創建信號量時指定信號量的許可權位，和open函數一樣，包括：S_IRUSR、S_IWUSR、S_IRGRP、S_IWGRP、S_IROTH、S_IWOTH。

value表示創建信號量時，信號量的初始值。

【sem_close函數】：

該函數用於關閉命名信號量：

單個程序可以用sem_close函數關閉命名信號量，但是這樣做並不能將信號量從系統中刪除，因為命名信號量在單個程序執行之外是具有持久性的。當進程調用_exit、exit、exec或從main返回時，進程打開的命名信號量同樣會被關閉。

【sem_unlink函數】：

sem_unlink函數用於在所有進程關閉了命名信號量之後，將信號量從系統中刪除：

【信號量操作函數】：

與無名信號量一樣，操作信號量的函數如下:

命名信號量是隨內核持續的。當命名信號量創建後，即使當前沒有進程打開某個信號量，它的值依然保持，直到內核重新自舉或調用sem_unlink()刪除該信號量。

無名信號量的持續性要根據信號量在內存中的位置確定：

很多時候信號量、互斥量和條件變數都可以在某種應用中使用，那這三者的差異有哪些呢？下面列出了這三者之間的差異：

B. Linux信號 機制和Linux信號量機制的區別

首先，一句話總結它們之間的區別：

字面上相似，但是本質上存在巨大的差別！請看詳細解答...
Linux信號（signal) 機制

signal，又簡稱為信號（軟中斷信號）用來通知進程發生了非同步事件。

原理：

一個進程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求可以說是一樣的。信號是進程間通信機制中唯一的非同步通信機制，一個進程不必通過任何操作來等待信號的到達，事實上，進程也不知道信號到底什麼時候到達。進程之間可以互相通過系統調用kill發送軟中斷信號。內核也可以因為內部事件而給進程發送信號，通知進程發生了某個事件。信號機制除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。

分類：
從兩個不同的分類角度對信號進行：
可靠性方面：可靠信號與不可靠信號；
與時間的關繫上：實時信號與非實時信號。

部分定義轉自：http://www.cnblogs.com/hoys/archive/2012/08/19/2646377.html

Linux信號量（semaphore）機制
Linux內核的信號量用來操作系統進程間同步訪問共享資源。

原理：信號量在創建時需要設置一個初始值，表示同時可以有幾個任務可以訪問該信號量保護的共享資源，初始值為1就變成互斥鎖（Mutex），即同時只能有一個任務可以訪問信號量保護的共享資源。
一個任務要想訪問共享資源，首先必須得到信號量，獲取信號量的操作將把信號量的值減1，若當前信號量的值為負數，表明無法獲得信號量，該任務必須掛起在該信號量的等待隊列等待該信號量可用；若當前信號量的值為非負數，表示可以獲得信號量，因而可以立刻訪問被該信號量保護的共享資源。
當任務訪問完被信號量保護的共享資源後，必須釋放信號量，釋放信號量通過把信號量的值加1實現，如果信號量的值為非正數，表明有任務等待當前信號量，因此它也喚醒所有等待該信號量的任務。

常用的信號量的API：

DECLARE_MUTEX(name)

該宏聲明一個信號量name並初始化它的值為0，即聲明一個互斥鎖。
DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)

該宏聲明一個互斥鎖name，但把它的初始值設置為0，即鎖在創建時就處在已鎖狀態。因此對於這種鎖，一般是先釋放後獲得。
void sema_init (struct semaphore *sem, int val);

該函用於數初始化設置信號量的初值，它設置信號量sem的值為val。
void init_MUTEX (struct semaphore *sem);

該函數用於初始化一個互斥鎖，即它把信號量sem的值設置為1。
void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem);

該函數也用於初始化一個互斥鎖，但它把信號量sem的值設置為0，即一開始就處在已鎖狀態。
void down(struct semaphore * sem);

該函數用於獲得信號量sem，它會導致睡眠，因此不能在中斷上下文（包括IRQ上下文和softirq上下文）使用該函數。該函數將把sem的值減1，如果信號量sem的值非負，就直接返回，否則調用者將被掛起，直到別的任務釋放該信號量才能繼續運行。
int down_interruptible(struct semaphore * sem);

該函數功能與down類似，不同之處為，down不會被信號（signal）打斷，但down_interruptible能被信號打斷，因此該函數有返回值來區分是正常返回還是被信號中斷，如果返回0，表示獲得信號量正常返回，如果被信號打斷，返回-EINTR。
int down_trylock(struct semaphore * sem);

該函數試著獲得信號量sem，如果能夠立刻獲得，它就獲得該信號量並返回0，否則，表示不能獲得信號量sem，返回值為非0值。因此，它不會導致調用者睡眠，可以在中斷上下文使用。
void up(struct semaphore * sem);

該函數釋放信號量sem，即把sem的值加1，如果sem的值為非正數，表明有任務等待該信號量，因此喚醒這些等待者。

實例：
信號量在絕大部分情況下作為互斥鎖使用，下面以console驅動系統為例說明信號量的使用。

在內核源碼樹的kernel/printk.c中，使用宏DECLARE_MUTEX聲明了一個互斥鎖console_sem，它用於保護console驅動列表console_drivers以及同步對整個console驅動系統的訪問。

C. linux 信號量是什麼怎麼用

Linux信號量(semaphore)是一種互斥機制。即對某個互斥資源的訪問會收到信號量的保護，在訪問之前需要獲得信號量。
在操作完共享資源後，需釋放信號量，以便另外的進程來獲得資源。獲得和釋放應該成對出現。
獲得信號量集，需要注意的是，獲得的是一個集合，而不是一個單一的信號量。
#include
#include
#include
1: int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
key:系統根據這個值來獲取信號量集。
nsems:此信號集包括幾個信號量。
semflg:創建此信號量的屬性。 （IPC_CREAT | IPC_EXCL | S_IRUSR | S_IWUSR)
成功則返回該信號量集的ID。
註：
既指定IPC_CREAT又指定IPC_EXCL時，如果系統中該信號量集已經存在，則馬上返回。
如果需要獲得存在的信號量，則將此參數置0.
2: int semctl(int semid,int senum,int cmd....)
semid:信號量ID。
senum:對信號量集中的第幾個信號量進行控制。（從0開始）
cmd:需要進行的操作。（SETVAL是其中的一個）。
根據cmd的不同可能存在第四個參數，cmd=SETVAL時，表示同時信號量可以被獲得幾次，如第四個參數
num=1表示只能被獲得一次，既被信號量保護的資源只能同時被一個程序使用。
該系統調用，是在對信號量初始化時用的。
-3： 「3」前面加了"-"表示當需要使用互斥資源時應該做這步。
int semop(int semid,struct sembuf *sem,int num_elements);
struct sembuf {
unsigned short sem_num; //該信號量集中的第幾個信號量。
int sem_op;//需要獲得還是釋放信號量
int sem_flg;//相關動作
};
num_elements:需要對該信號量集中的多少個信號量進行處理。
獲得信號量時，將sembuf結構提初始化為：
sem_num = 0; //該信號量集中的首個信號量
sem_op = -1; //獲得信號量
sem_flag = IPC_NOWAIT; //如果不能獲得信號量，馬上返回。
semop(semid,_sem,1);
同理釋放信號量時，將sem_op設為1.
以上是對信號量的簡單處理

D. linux進程間信號量的分配釋放

和用於分配、釋放共享內存的 shmget 和 shmctl 類似，系統調用 semget 和 semctl 負責分配、釋放信號量。調用 semget 函數並傳遞如下參數：一個用於標識信號量組的鍵值，該組中包含的信號量數量和與 shmget 所需的相同的許可權位標識。該函數返回的是信號量組的標識符。您可以通過指定正確的鍵值來獲取一個已經存在的信號量的標識符；這種情況下，傳遞的信號量組的容量可以為0。
信號量會一直保存在系統中，甚至所有使用它們的進程都退出後也不會自動被銷毀。最後一個使用信號量的進程必須明確地刪除所使用的信號量組，來確保系統中不會有太多閑置的信號量組，從而導致無法創建新的信號量組。可以通過調用semctl來刪除信號量組。調用時的四個參數分別為信號量組的標識符，操作的信號量在組中的編號、常量IPC_RMID 和一個 union semun 類型的任意值（被忽略）。調用進程的有效用戶 id 必須與分配這個信號量組的用戶 id 相同（或者調用進程為 root 許可權亦可）。與共享內存不同，刪除一個信號量組會導致 Linux 立即釋放資源。
代碼 5.2 展示了用於分配和釋放一個二元信號量的函數。
代碼 5.2 （sem_all_deall.c）分配和釋放二元信號量
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h> /* 我們必須自己定義 semun 聯合類型。 */
union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short int *array; struct seminfo *__buf; };
/* 獲取一個二元信號量的標識符。如果需要則創建這個信號量 */
int binary_semaphore_allocation (key_t key, int sem_flags)
{
return semget (key, 1, sem_flags);
} /* 釋放二元信號量。所有用戶必須已經結束使用這個信號量。如果失敗，返回 -1 */
int binary_semaphore_deallocate (int semid)
{
union semun ignored_argument; return semctl (semid, 1, IPC_RMID, ignored_argument);
}

E. linux常用信號量

• linux的常用信號量

1. BUS與SEGV
   二者都是錯誤信號，BUS表示匯流排錯誤，SEGV表示段錯誤，程序崩潰的時候99%都是這兩個錯誤導
   致的。進程可以捕獲和封鎖這兩類錯誤。內核對二者的默認處理是memory mp
   

2. WINCH
   窗口改變信號（WINdown CHanged）。例如虛擬終端的行數發生變化時將發送WINCH信號，絕大多數
   文本編輯器都能捕獲WINCH信號自動進行重新配置。內核的默認處理是忽略該信號，並且不進行內存
   轉儲。
   進程可以捕獲或者封鎖該信號
   

3. KILL
   殺死/刪除進程，編號為9
   

4. STOP
   掛起/暫停正在執行的進程，直到收到CONT為止
   KILL STOP都不能夠被捕獲、封鎖或者忽略，默認處理都不會產生內存轉儲。
   

5. CONT
   取消掛起，繼續執行進程
   

6. TSTP
   是STOP信號的「軟」版本，即在用戶輸入Ctrl+Z時由終端驅動程序發送的信號。捕獲到該信號的進程通常
   清除它們的狀態，如何給自己發送一個STOP信號。TSTP的默認處理不會導致內存轉儲。
   

7. INT
   中斷信號，編號為2
   當用戶輸入Ctrl+C時由終端驅動程序發送INT信號
   INT信號是終止當前操作的請求，簡單程序捕獲到INT信號時應該退出，擁有命令行或者輸入模式的那些
   程序應該停止他們正在做的事情，清除狀態，並等待用戶再次輸入。
   

8. TERM
   軟體終止信號，編號為15
   TERM是請求徹底終止某項操作的信號，它期望進程清楚自己的狀態並退出
   

9. QUIT
   退出信號，編號為3
   與TERM類似，不同之處在於QUIT信號的默認處理是內存轉儲，而TERM信號的默認處理沒有內存轉儲。
   

10. HUP
    掛起信號，編號為1，有兩種解釋：
    守護進程理解HUP為重新設置的請求，如果守護進程能夠不用重新啟動就能夠重新讀取它自己的配置文
    件並調整自己以適應變化的話，那麼HUP信號通常可以用來觸發這種行為
    

11. HUP
    信號有時有終端驅動程序生成，試圖用來清除（也就是終止）跟某個特定終端相連接的那些進程。例如
    當一個終端會話結束時，或者當一個Modem的連接不經意的斷開時，就可能出現這種情況。
    如果需要某些進程在會話結束之後繼續運行，那麼在C Shell中設法讓這些進程變成後台程序，
    ksh或者bash中可以用nohup來模擬這種行為。
    ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    進程的四種狀態
    

12. runnable（可運行狀態）
    只要有CPU時間，進程就可以執行。一旦進程執行了不能立即完成的系統調用，Linux會把進程轉入
    睡眠狀態
    

13. sleeping（睡眠狀態）
    進程在等待某些事件發生（如終端輸入、網路連接）
    

14. zombie（僵化狀態）
    進程已經執行完畢並試圖消亡，但是狀態沒有收集完
    

15. stopped（停止狀態）
    進程被掛起，不允許執行。進程收到STOP或者TSTP信號即進入停止狀態，可以用CONT信號來重新啟動

F. Linux下信號量的加減操作問題

void down(struct semaphore *sem); //不可中斷
int down_interruptible(struct semaphore *sem);//可中斷
int down_killable(struct semaphore *sem);//睡眠的進程可以因為受到致命信號而被喚醒，中斷獲取信號量的操作。
int down_trylock(struct semaphore *sem);//試圖獲取信號量，若無法獲得則直接返回1而不睡眠。返回0則 表示獲取到了信號量
int down_timeout(struct semaphore *sem,long jiffies);//表示睡眠時間是有限制的，如果在jiffies指明的時間到期時仍然無法獲得信號量，則將返回錯誤碼。