?　8.4.1 信號量概述
　　在多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境下，多個(gè)進(jìn)程會(huì)同時(shí)運(yùn)行，并且一些進(jìn)程之間可能存在一定的關(guān)聯(lián)。多個(gè)進(jìn)程可能為了完成同一個(gè)任務(wù)會(huì)相互協(xié)作，這樣形成進(jìn)程之間的同步關(guān)系。而且在不同進(jìn)程之間，為了爭奪有限的系統(tǒng)資源（硬件或軟件資源）會(huì)進(jìn)入競爭狀態(tài)，這就是進(jìn)程之間的互斥關(guān)系。
　　進(jìn)程之間的互斥與同步關(guān)系存在的根源在于臨界資源。臨界資源是在同一個(gè)時(shí)刻只允許有限個(gè)（通常只有一個(gè)）進(jìn)程可以訪問（讀）或修改（寫）的資源，通常包括硬件資源（處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器以及其他外圍設(shè)備等）和軟件資源（共享代碼段，共享結(jié)構(gòu)和變量等）。訪問臨界資源的代碼叫做臨界區(qū)，臨界區(qū)本身也會(huì)成為臨界資源。
　　信號量是用來解決進(jìn)程之間的同步與互斥問題的一種進(jìn)程之間通信機(jī)制，包括一個(gè)稱為信號量的變量和在該信號量下等待資源的進(jìn)程等待隊(duì)列，以及對信號量進(jìn)行的兩個(gè)原子操作（PV操作）。其中信號量對應(yīng)于某一種資源，取一個(gè)非負(fù)的整型值。信號量值指的是當(dāng)前可用的該資源的數(shù)量，若它等于0則意味著目前沒有可用的資源。PV原子操作的具體定義如下：
　　P操作：如果有可用的資源（信號量值》0），則占用一個(gè)資源（給信號量值減去一，進(jìn)入臨界區(qū)代碼）;如果沒有可用的資源（信號量值等于0），則被阻塞到，直到系統(tǒng)將資源分配給該進(jìn)程（進(jìn)入等待隊(duì)列，一直等到資源輪到該進(jìn)程）。
　　V操作：如果在該信號量的等待隊(duì)列中有進(jìn)程在等待資源，則喚醒一個(gè)阻塞進(jìn)程。如果沒有進(jìn)程等待它，則釋放一個(gè)資源（給信號量值加一）。
　　使用信號量訪問臨界區(qū)的偽代碼所下所示：
　　{
　　/* 設(shè)R為某種資源，S為資源R的信號量*/
　　INIT_VAL（S）; /* 對信號量S進(jìn)行初始化 */
　　非臨界區(qū);
　　P（S）; /* 進(jìn)行P操作 */
　　臨界區(qū)（使用資源R）; /* 只有有限個(gè)（通常只有一個(gè)）進(jìn)程被允許進(jìn)入該區(qū)*/
　　V（S）; /* 進(jìn)行V操作 */
　　非臨界區(qū);
　　}
　　最簡單的信號量是只能取0和1兩種值，這種信號量被叫做二維信號量。在本節(jié)中，主要討論二維信號量。二維信號量的應(yīng)用比較容易地?cái)U(kuò)展到使用多維信號量的情況。
　　8.4.2 信號量的應(yīng)用
　　1．函數(shù)說明
　　在Linux系統(tǒng)中，使用信號量通常分為以下幾個(gè)步驟。
　?。?）創(chuàng)建信號量或獲得在系統(tǒng)已存在的信號量，此時(shí)需要調(diào)用semget（）函數(shù)。不同進(jìn)程通過使用同一個(gè)信號量鍵值來獲得同一個(gè)信號量。
　　（2）初始化信號量，此時(shí)使用semctl（）函數(shù)的SETVAL操作。當(dāng)使用二維信號量時(shí)，通常將信號量初始化為1。
　?。?）進(jìn)行信號量的PV操作，此時(shí)調(diào)用semop（）函數(shù)。這一步是實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的同步和互斥的核心工作部分。
　?。?）如果不需要信號量，則從系統(tǒng)中刪除它，此時(shí)使用semclt（）函數(shù)的IPC_RMID操作。此時(shí)需要注意，在程序中不應(yīng)該出現(xiàn)對已經(jīng)被刪除的信號量的操作。
　　2．函數(shù)格式
　　表8.17列舉了semget（）函數(shù)的語法要點(diǎn)。
　　表8.17 semget（）函數(shù)語法要點(diǎn)
　　所需頭文件#include 《sys/types.h》
　　#include 《sys/ipc.h》
　　#include 《sys/sem.h》
　　函數(shù)原型int semget（key_t key， int nsems， int semflg）
　　函數(shù)傳入值key：信號量的鍵值，多個(gè)進(jìn)程可以通過它訪問同一個(gè)信號量，其中有個(gè)特殊值IPC_PRIVATE。它用于創(chuàng)建當(dāng)前進(jìn)程的私有信號量
　　nsems：需要?jiǎng)?chuàng)建的信號量數(shù)目，通常取值為1
　　semflg：同open（）函數(shù)的權(quán)限位，也可以用八進(jìn)制表示法，其中使用IPC_CREAT標(biāo)志創(chuàng)建新的信號量，即使該信號量已經(jīng)存在（具有同一個(gè)鍵值的信號量已在系統(tǒng)中存在），也不會(huì)出錯(cuò)。如果同時(shí)使用IPC_EXCL標(biāo)志可以創(chuàng)建一個(gè)新的唯一的信號量，此時(shí)如果該信號量已經(jīng)存在，該函數(shù)會(huì)返回出錯(cuò)
　　函數(shù)返回值成功：信號量標(biāo)識符，在信號量的其他函數(shù)中都會(huì)使用該值
　　出錯(cuò)：-1
　　表8.18列舉了semctl（）函數(shù)的語法要點(diǎn)。
　　表8.18 semctl（）函數(shù)語法要點(diǎn)
　　所需頭文件#include 《sys/types.h》
　　#include 《sys/ipc.h》
　　#include 《sys/sem.h》
　　函數(shù)原型int semctl（int semid， int semnum， int cmd， union semun arg）
　　函數(shù)傳入值semid：semget（）函數(shù)返回的信號量標(biāo)識符
　　semnum：信號量編號，當(dāng)使用信號量集時(shí)才會(huì)被用到。通常取值為0，就是使用單個(gè)信號量（也是第一個(gè)信號量）
　　cmd：指定對信號量的各種操作，當(dāng)使用單個(gè)信號量（而不是信號量集）時(shí)，常用的有以下幾種：
　　IPC_STAT：獲得該信號量（或者信號量集合）的semid_ds結(jié)構(gòu)，并存放在由第4個(gè)參數(shù)arg的buf指向的semid_ds結(jié)構(gòu)中。semid_ds是在系統(tǒng)中描述信號量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
　　IPC_SETVAL：將信號量值設(shè)置為arg的val值
　　IPC_GETVAL：返回信號量的當(dāng)前值
　　IPC_RMID：從系統(tǒng)中，刪除信號量（或者信號量集）
　　arg：是union semnn結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可能在某些系統(tǒng)中并不給出定義，此時(shí)必須由程序員自己定義
　　union semun
　　{
　　int val;
　　struct semid_ds *buf;
　　unsigned short *array;
　　}
　　函數(shù)返回值成功：根據(jù)cmd值的不同而返回不同的值
　　IPC_STAT、IPC_SETVAL、IPC_RMID：返回0
　　IPC_GETVAL：返回信號量的當(dāng)前值
　　出錯(cuò)：-1
　　表8.19列舉了semop（）函數(shù)的語法要點(diǎn)。
　　表8.19 semop（）函數(shù)語法要點(diǎn)
　　所需頭文件#include 《sys/types.h》
　　#include 《sys/ipc.h》
　　#include 《sys/sem.h》
　　函數(shù)原型int semop（int semid， struct sembuf *sops， size_t nsops）
　　函數(shù)傳入值semid：semget（）函數(shù)返回的信號量標(biāo)識符
　　sops：指向信號量操作數(shù)組，一個(gè)數(shù)組包括以下成員：
　　struct sembuf
　　{
　　short sem_num; /* 信號量編號，使用單個(gè)信號量時(shí)，通常取值為0 */
　　short sem_op;
　　/* 信號量操作：取值為-1則表示P操作，取值為+1則表示V操作*/
　　short sem_flg;
　　/* 通常設(shè)置為SEM_UNDO。這樣在進(jìn)程沒釋放信號量而退出時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)
　　釋放該進(jìn)程中未釋放的信號量 */
　　}
　　nsops：操作數(shù)組sops中的操作個(gè)數(shù)（元素?cái)?shù)目），通常取值為1（一個(gè)操作）
　　函數(shù)返回值成功：信號量標(biāo)識符，在信號量的其他函數(shù)中都會(huì)使用該值
　　出錯(cuò)：-1