Linux信号量

信号量是包含一个非负整数型的变量，并且带有两个原子 *** 作wait和signal。Wait还可以被称为down、P或lock，signal还可以被称为up、V、unlock或post。在UNIX的API中（POSIX标准）用的是wait和post。

对于wait *** 作，如果信号量的非负整形变量S大于0，wait就将其减1，如果S等于0，wait就将调用线程阻塞；对于post *** 作，如果有线程在信号量上阻塞（此时S等于0），post就会解除对某个等待线程的阻塞，使其从wait中返回，如果没有线程阻塞在信号量上，post就将S加1.

由此可见，S可以被理解为一种资源的数量，信号量即是通过控制这种资源的分配来实现互斥和同步的。如果把S设为1，那么信号量即可使多线程并发运行。另外，信号量不仅允许使用者申请和释放资源，而且还允许使用者创造资源，这就赋予了信号量实现同步的功能。可见信号量的功能要比互斥量丰富许多。

POSIX信号量是一个sem_t类型的变量，但POSIX有两种信号量的实现机制： 无名信号量 和 命名信号量 。无名信号量只可以在共享内存的情况下，比如实现进程中各个线程之间的互斥和同步，因此无名信号量也被称作基于内存的信号量；命名信号量通常用于不共享内存的情况下，比如进程间通信。

同时，在创建信号量时，根据信号量取值的不同，POSIX信号量还可以分为：

下面是POSIX信号量函数接口：

信号量的函数都以sem_开头，线程中使用的基本信号函数有4个，他们都声明在头文件semaphore.h中，该头文件定义了用于信号量 *** 作的sem_t类型：

【sem_init函数】：

该函数用于创建信号量，原型如下：

该函数初始化由sem指向的信号对象，设置它的共享选项，并给它一个初始的整数值。pshared控制信号量的类型，如果其值为0，就表示信号量是当前进程的局部信号量，否则信号量就可以在多个进程间共享，value为sem的初始值。

该函数调用成功返回0，失败返回-1。

【sem_destroy函数】：

该函数用于对用完的信号量进行清理，其原型如下：

成功返回0，失败返回-1。

【sem_wait函数】：

该函数用于以原子 *** 作的方式将信号量的值减1。原子 *** 作就是，如果两个线程企图同时给一个信号量加1或减1，它们之间不会互相干扰。其原型如下：

sem指向的对象是sem_init调用初始化的信号量。调用成功返回0，失败返回-1。

sem_trywait()则是sem_wait()的非阻塞版本，当条件不满足时（信号量为0时），该函数直接返回EAGAIN错误而不会阻塞等待。

sem_timedwait()功能与sem_wait()类似，只是在指定的abs_timeout时间内等待，超过时间则直接返回ETIMEDOUT错误。

【sem_post函数】：

该函数用于以原子 *** 作的方式将信号量的值加1，其原型如下：

与sem_wait一样，sem指向的对象是由sem_init调用初始化的信号量。调用成功时返回0，失败返回-1。

【sem_getvalue函数】：

该函数返回当前信号量的值，通过restrict输出参数返回。如果当前信号量已经上锁（即同步对象不可用），那么返回值为0，或为负数，其绝对值就是等待该信号量解锁的线程数。

【实例1】：

【实例2】：

之所以称为命名信号量，是因为它有一个名字、一个用户ID、一个组ID和权限。这些是提供给不共享内存的那些进程使用命名信号量的接口。命名信号量的名字是一个遵守路径名构造规则的字符串。

【sem_open函数】：

该函数用于创建或打开一个命名信号量，其原型如下：

参数name是一个标识信号量的字符串。参数oflag用来确定是创建信号量还是连接已有的信号量。

oflag的参数可以为0，O_CREAT或O_EXCL：如果为0，表示打开一个已存在的信号量；如果为O_CREAT，表示如果信号量不存在就创建一个信号量，如果存在则打开被返回，此时mode和value都需要指定；如果为O_CREAT|O_EXCL，表示如果信号量存在则返回错误。

mode参数用于创建信号量时指定信号量的权限位，和open函数一样，包括：S_IRUSR、S_IWUSR、S_IRGRP、S_IWGRP、S_IROTH、S_IWOTH。

value表示创建信号量时，信号量的初始值。

【sem_close函数】：

该函数用于关闭命名信号量：

单个程序可以用sem_close函数关闭命名信号量，但是这样做并不能将信号量从系统中删除，因为命名信号量在单个程序执行之外是具有持久性的。当进程调用_exit、exit、exec或从main返回时，进程打开的命名信号量同样会被关闭。

【sem_unlink函数】：

sem_unlink函数用于在所有进程关闭了命名信号量之后，将信号量从系统中删除：

【信号量 *** 作函数】：

与无名信号量一样， *** 作信号量的函数如下:

命名信号量是随内核持续的。当命名信号量创建后，即使当前没有进程打开某个信号量，它的值依然保持，直到内核重新自举或调用sem_unlink()删除该信号量。

无名信号量的持续性要根据信号量在内存中的位置确定：

很多时候信号量、互斥量和条件变量都可以在某种应用中使用，那这三者的差异有哪些呢？下面列出了这三者之间的差异：

linux的常用信号量

BUS与SEGV

二者都是错误信号，BUS表示总线错误，SEGV表示段错误，程序崩溃的时候99%都是这两个错误导

致的。进程可以捕获和封锁这两类错误。内核对二者的默认处理是memory dump

WINCH

窗口改变信号（WINdown CHanged）。例如虚拟终端的行数发生变化时将发送WINCH信号，绝大多数

文本编辑器都能捕获WINCH信号自动进行重新配置。内核的默认处理是忽略该信号，并且不进行内存

转储。

进程可以捕获或者封锁该信号

KILL

    杀死/删除进程，编号为9

STOP 

挂起/暂停正在执行的进程，直到收到CONT为止

KILL STOP都不能够被捕获、封锁或者忽略，默认处理都不会产生内存转储。

CONT 

取消挂起，继续执行进程

TSTP 

是STOP信号的“软”版本，即在用户输入Ctrl+Z时由终端驱动程序发送的信号。捕获到该信号的进程通常

清除它们的状态，如何给自己发送一个STOP信号。TSTP的默认处理不会导致内存转储。

INT 

中断信号，编号为2

当用户输入Ctrl+C时由终端驱动程序发送INT信号

INT信号是终止当前 *** 作的请求，简单程序捕获到INT信号时应该退出，拥有命令行或者输入模式的那些

程序应该停止他们正在做的事情，清除状态，并等待用户再次输入。

TERM 

软件终止信号，编号为15

TERM是请求彻底终止某项 *** 作的信号，它期望进程清楚自己的状态并退出

QUIT 

退出信号，编号为3

与TERM类似，不同之处在于QUIT信号的默认处理是内存转储，而TERM信号的默认处理没有内存转储。

HUP 

挂起信号，编号为1，有两种解释：

守护进程理解HUP为重新设置的请求，如果守护进程能够不用重新启动就能够重新读取它自己的配置文

件并调整自己以适应变化的话，那么HUP信号通常可以用来触发这种行为

HUP

信号有时有终端驱动程序生成，试图用来清除（也就是终止）跟某个特定终端相连接的那些进程。例如

当一个终端会话结束时，或者当一个Modem的连接不经意的断开时，就可能出现这种情况。

如果需要某些进程在会话结束之后继续运行，那么在C Shell中设法让这些进程变成后台程序，

ksh或者bash中可以用nohup来模拟这种行为。

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进程的四种状态

runnable（可运行状态）

只要有CPU时间，进程就可以执行。一旦进程执行了不能立即完成的系统调用，Linux会把进程转入

睡眠状态

sleeping（睡眠状态）

进程在等待某些事件发生（如终端输入、网络连接）

zombie（僵化状态）

进程已经执行完毕并试图消亡，但是状态没有收集完

stopped（停止状态）

进程被挂起，不允许执行。进程收到STOP或者TSTP信号即进入停止状态，可以用CONT信号来重新启动

首先，一句话总结它们之间的区别：

字面上相似，但是本质上存在巨大的差别！请看详细解答...

Linux信号（signal) 机制

signal，又简称为信号（软中断信号）用来通知进程发生了异步事件。

原理：

一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何 *** 作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。信号机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。

分类：

从两个不同的分类角度对信号进行：

可靠性方面：可靠信号与不可靠信号；

与时间的关系上：实时信号与非实时信号。

部分定义转自：http://www.cnblogs.com/hoys/archive/2012/08/19/2646377.html

Linux信号量（semaphore）机制

　Linux内核的信号量用来 *** 作系统进程间同步访问共享资源。

原理：信号量在创建时需要设置一个初始值，表示同时可以有几个任务可以访问该信号量保护的共享资源，初始值为1就变成互斥锁（Mutex），即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。

一个任务要想访问共享资源，首先必须得到信号量，获取信号量的 *** 作将把信号量的值减1，若当前信号量的值为负数，表明无法获得信号量，该任务必须挂起在该信号量的等待队列等待该信号量可用；若当前信号量的值为非负数，表示可以获得信号量，因而可以立刻访问被该信号量保护的共享资源。

当任务访问完被信号量保护的共享资源后，必须释放信号量，释放信号量通过把信号量的值加1实现，如果信号量的值为非正数，表明有任务等待当前信号量，因此它也唤醒所有等待该信号量的任务。

　常用的信号量的API：

DECLARE_MUTEX(name)

该宏声明一个信号量name并初始化它的值为0，即声明一个互斥锁。

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)

该宏声明一个互斥锁name，但把它的初始值设置为0，即锁在创建时就处在已锁状态。因此对于这种锁，一般是先释放后获得。

void sema_init (struct semaphore *sem, int val)

该函用于数初始化设置信号量的初值，它设置信号量sem的值为val。

void init_MUTEX (struct semaphore *sem)

该函数用于初始化一个互斥锁，即它把信号量sem的值设置为1。

void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem)

该函数也用于初始化一个互斥锁，但它把信号量sem的值设置为0，即一开始就处在已锁状态。

void down(struct semaphore * sem)

该函数用于获得信号量sem，它会导致睡眠，因此不能在中断上下文（包括IRQ上下文和softirq上下文）使用该函数。该函数将把sem的值减1，如果信号量sem的值非负，就直接返回，否则调用者将被挂起，直到别的任务释放该信号量才能继续运行。

int down_interruptible(struct semaphore * sem)

该函数功能与down类似，不同之处为，down不会被信号（signal）打断，但down_interruptible能被信号打断，因此该函数有返回值来区分是正常返回还是被信号中断，如果返回0，表示获得信号量正常返回，如果被信号打断，返回-EINTR。

int down_trylock(struct semaphore * sem)

该函数试着获得信号量sem，如果能够立刻获得，它就获得该信号量并返回0，否则，表示不能获得信号量sem，返回值为非0值。因此，它不会导致调用者睡眠，可以在中断上下文使用。

void up(struct semaphore * sem)

该函数释放信号量sem，即把sem的值加1，如果sem的值为非正数，表明有任务等待该信号量，因此唤醒这些等待者。

　实例：

信号量在绝大部分情况下作为互斥锁使用，下面以console驱动系统为例说明信号量的使用。

在内核源码树的kernel/printk.c中，使用宏DECLARE_MUTEX声明了一个互斥锁console_sem，它用于保护console驱动列表console_drivers以及同步对整个console驱动系统的访问。

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