信號與信號量是不同的兩種事物字支。
什么是信號量
為了防止出現(xiàn)因多個程序同時訪問一個共享資源而引發(fā)的一系列問題麸折，我們需要一種方法檐迟，它可以通過生成并使用令牌來授權卖鲤，在任一時刻只能有一個執(zhí)行進程訪問代碼的臨界區(qū)域。臨界區(qū)域是指執(zhí)行數(shù)據(jù)更新的代碼需要獨占式地執(zhí)行巍举。而信號量就可以提供這樣的一種訪問機制脆荷，讓一個臨界區(qū)同一時間只有一個進程在訪問它，也就是說信號量是用來調(diào)協(xié)進程對共享資源的訪問的懊悯。
信號量是一個特殊的變量蜓谋，程序?qū)ζ湓L問都是原子操作，且只允許對它進行等待（即P(信號變量))和發(fā)送（即V(信號變量))信息操作炭分。最簡單的信號量是只能取0和1的變量桃焕，這也是信號量最常見的一種形式，叫做二進制信號量捧毛。而可以取多個正整數(shù)的信號量被稱為通用信號量观堂。這里主要討論二進制信號量。
信號量的操作步奏如下：
P（S）：
①將信號量S的值減1呀忧，即S=S-1师痕；
②如果S>=0，則該進程繼續(xù)執(zhí)行而账；否則該進程置為等待狀態(tài)胰坟，排入等待隊列。
V（S）：
①將信號量S的值加1泞辐，即S=S+1笔横；
②如果S>0，則該進程繼續(xù)執(zhí)行铛碑；否則釋放隊列中第一個等待信號量的進程狠裹。
PV操作的意義：我們用信號量及PV操作來實現(xiàn)進程的同步和互斥。PV操作屬于進程的低級通信汽烦。
信號量的值與相應資源的使用情況有關涛菠。當它的值大于0時，表示當前可用資源的數(shù)量撇吞；當它的值小于0時俗冻，其絕對值表示等待使用該資源的進程個數(shù)。注意牍颈，信號量的值僅能由PV操作來改變迄薄。
Linux的信號量機制
Linux提供了一組精心設計的信號量接口來對信號進行操作，它們不只是針對二進制信號量煮岁，下面將會對這些函數(shù)進行介紹讥蔽，但請注意涣易，這些函數(shù)都是用來對成組的信號量值進行操作的。它們聲明在頭文件sys/sem.h中冶伞。
semget函數(shù)
它的作用是創(chuàng)建一個新信號量或取得一個已有信號量新症，原型為：
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
第一個參數(shù)key是整數(shù)值（唯一非零），不相關的進程可以通過它訪問一個信號量响禽，它代表程序可能要使用的某個資源徒爹，程序?qū)λ行盘柫康脑L問都是間接的，程序先通過調(diào)用semget函數(shù)并提供一個鍵芋类，再由系統(tǒng)生成一個相應的信號標識符（semget函數(shù)的返回值）隆嗅，只有semget函數(shù)才直接使用信號量鍵，所有其他的信號量函數(shù)使用由semget函數(shù)返回的信號量標識符侯繁。如果多個程序使用相同的key值胖喳，key將負責協(xié)調(diào)工作。
第二個參數(shù)num_sems指定需要的信號量數(shù)目巫击，它的值幾乎總是1禀晓。
第三個參數(shù)sem_flags是一組標志，當想要當信號量不存在時創(chuàng)建一個新的信號量坝锰，可以和值IPC_CREAT做按位或操作增拥。設置了IPC_CREAT標志后锭弊，即使給出的鍵是一個已有信號量的鍵，也不會產(chǎn)生錯誤错森。而IPC_CREAT | IPC_EXCL則可以創(chuàng)建一個新的确垫，唯一的信號量弓颈，如果信號量已存在，返回一個錯誤删掀。
semget函數(shù)成功返回一個相應信號標識符（非零）翔冀，失敗返回-1.
semop函數(shù)
它的作用是改變信號量的值，原型為：
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);
sem_id是由semget返回的信號量標識符披泪，sembuf結構的定義如下：
struct sembuf{
short sem_num;//除非使用一組信號量纤子，否則它為0
short sem_op;//信號量在一次操作中需要改變的數(shù)據(jù)，通常是兩個數(shù)款票，一個是-1控硼，即P（等待）操作，
//一個是+1艾少，即V（發(fā)送信號）操作卡乾。
short sem_flg;//通常為SEM_UNDO,使操作系統(tǒng)跟蹤信號，
//并在進程沒有釋放該信號量而終止時缚够，操作系統(tǒng)釋放信號量
};
3幔妨、semctl函數(shù)
該函數(shù)用來直接控制信號量信息鹦赎，它的原型為：
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);
如果有第四個參數(shù)，它通常是一個union semum結構误堡，定義如下：
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
前兩個參數(shù)與前面一個函數(shù)中的一樣钙姊，command通常是下面兩個值中的其中一個
SETVAL：用來把信號量初始化為一個已知的值。這個值通過union semun中的val成員設置埂伦，其作用是在信號量第一次使用前對它進行設置煞额。
IPC_RMID：用于刪除一個已經(jīng)無需繼續(xù)使用的信號量標識符。
進程使用信號量通信
下面使用一個例子來說明進程間如何使用信號量來進行通信沾谜，這個例子是兩個相同的程序同時向屏幕輸出數(shù)據(jù)膊毁，我們可以看到如何使用信號量來使兩個進程協(xié)調(diào)工作，使同一時間只有一個進程可以向屏幕輸出數(shù)據(jù)基跑。注意婚温，如果程序是第一次被調(diào)用（為了區(qū)分，第一次調(diào)用程序時帶一個要輸出到屏幕中的字符作為一個參數(shù)）媳否，則需要調(diào)用set_semvalue函數(shù)初始化信號并將message字符設置為傳遞給程序的參數(shù)的第一個字符栅螟，同時第一個啟動的進程還負責信號量的刪除工作。如果不刪除信號量篱竭，它將繼續(xù)在系統(tǒng)中存在力图，即使程序已經(jīng)退出，它可能在你下次運行此程序時引發(fā)問題掺逼，而且信號量是一種有限的資源吃媒。
在main函數(shù)中調(diào)用semget來創(chuàng)建一個信號量，該函數(shù)將返回一個信號量標識符吕喘，保存于全局變量sem_id中赘那，然后以后的函數(shù)就使用這個標識符來訪問信號量。
源文件為seml.c氯质，代碼如下：
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/sem.h>
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
static int sem_id = 0;
static int set_semvalue();
static void del_semvalue();
static int semaphore_p();
static int semaphore_v();
int main(int argc, char *argv[])
{
char message = 'X';
int i = 0;
//創(chuàng)建信號量
sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT);
if(argc > 1)
{
//程序第一次被調(diào)用募舟，初始化信號量
if(!set_semvalue())
{
fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//設置要輸出到屏幕中的信息，即其參數(shù)的第一個字符
message = argv[1][0];
sleep(2);
}
for(i = 0; i < 10; ++i)
{
//進入臨界區(qū)
if(!semaphore_p())
exit(EXIT_FAILURE);
//向屏幕中輸出數(shù)據(jù)
printf("%c", message);
//清理緩沖區(qū)闻察，然后休眠隨機時間
fflush(stdout);
sleep(rand() % 3);
//離開臨界區(qū)前再一次向屏幕輸出數(shù)據(jù)
printf("%c", message);
fflush(stdout);
//離開臨界區(qū)拱礁，休眠隨機時間后繼續(xù)循環(huán)
if(!semaphore_v())
exit(EXIT_FAILURE);
sleep(rand() % 2);
}
sleep(10);
printf("\n%d - finished\n", getpid());
if(argc > 1)
{
//如果程序是第一次被調(diào)用，則在退出前刪除信號量
sleep(3);
del_semvalue();
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
static int set_semvalue()
{
//用于初始化信號量蜓陌，在使用信號量前必須這樣做
union semun sem_union;
sem_union.val = 1;
if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1)
return 0;
return 1;
}
static void del_semvalue()
{
//刪除信號量
union semun sem_union;
if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore\n");
}
static int semaphore_p()
{
//對信號量做減1操作觅彰，即等待P（sv）
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;
}
static int semaphore_v()
{
//這是一個釋放操作，它使信號量變?yōu)榭捎门ト龋窗l(fā)送信號V（sv）
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;
}
運行結果如下：
信號量的總結
信號量是一個特殊的變量填抬，程序?qū)ζ湓L問都是原子操作，且只允許對它進行等待（即P(信號變量))和發(fā)送（即V(信號變量))信息操作隧期。我們通常通過信號來解決多個進程對同一資源的訪問競爭的問題飒责，使在任一時刻只能有一個執(zhí)行線程訪問代碼的臨界區(qū)域赘娄，也可以說它是協(xié)調(diào)進程間的對同一資源的訪問權，也就是用于同步進程的宏蛉。
