linux信号量简介(内核态)

一、什么是信号量

    1、概念

        内核的信号量在概念和原理上与用户态的信号量是一样的，但是它不能在内核之外使用。

        信号量又称为信号灯（semaphore），本质上是一种睡眠锁。如果有一个任务试图获得一个不可用（已经被占用）的信号量时，信号量会将其推进一个等待队列，然后让其睡眠。这时处理器能重获自由，从而去执行其他代码。当持有的信号量可用（被释放后），处于等待队列中的那个任务将被唤醒，并将获得该信号量。

        信号量一个有用的特性是它可以同时允许任意数量的锁持有者，而自旋锁和互斥锁在一个时刻最多允许一个任务持有它。信号量同时允许的持有者数量可以在声明信号量时指定。这个值称为使用者数量（usage count）或简单的叫做数量（count）。通常情况下，信号量和自旋锁一样，在一个时刻仅允许有一个锁持有者。这时计数等于1，这样的信号量被称为二值信号量或者称为互斥信号量。另一方面，初始化时也可以把数量设置为大于1的非0值。这种情况，信号量被称为计数信号量（counting semaphore），它允许在同一时刻至多有count个锁持有者。

    2、数据结构

struct semaphore {
	raw_spinlock_t		lock;
	unsigned int		count;
	struct list_head	wait_list;
};
           

        结构体成员说明：

        count：相当于信号量的值，大于0，资源空闲；等于0，资源忙，但没有进程等待这个保护的资源；小于0，资源不可用，并至少有一个进程等待资源。

        wait：存放等待队列链表的地址，当前等待资源的所有睡眠进程都会放在这个链表中。

        sleepers：存放一个标志，表示是否有一些进程在信号量上睡眠

二、信号量的使用

    1、初始化

        void sema_init (struct semaphore *sem, int val);

        void init_MUTEX (struct semaphore *sem); //将sem的值置为1，表示资源空闲

        void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem); //将sem的值置为0，表示资源忙

    2、加锁

        void down(struct semaphore * sem); // 可引起睡眠

        int down_interruptible(struct semaphore * sem); // down_interruptible能被信号打断

        int down_trylock(struct semaphore * sem); // 非阻塞函数，不会睡眠。无法锁定资源则马上返回

    3、解锁

        void up(struct semaphore * sem);

三、为什么使用信号量

    1、用于线程间的同步。

    2、当同一时刻，有多个对象需要同时持有锁的情况下，可以使用信号量。