1.信號量
信號量本質上是一個計數器（不設置全局變量是因為進程間是相互獨立的，而這不一定能看到，看到也不能保證++引用計數為原子操作）,用於多進程對共享數據對象的讀取，它和管道有所不同，它不以傳送數據為主要目的，它主要是用來保護共享資源（信號量也屬於臨界資源），使得資源在一個時刻只有一個進程獨享。
2.信號量的工作原理
由於信號量只能進行兩種操作等待和發送信號，即P(sv)和V(sv),他們的行為是這樣的：
（1）P(sv)：如果sv的值大於零，就給它減1；如果它的值為零，就掛起該進程的執行
（2）V(sv)：如果有其他進程因等待sv而被掛起，就讓它恢復運行，如果沒有進程因等待sv而掛起，就給它加1.
在信號量進行PV操作時都為原子操作（因為它需要保護臨界資源）
注：原子操作：單指令的操作稱為原子的，單條指令的執行是不會被打斷的
3.二元信號量
二元信號量（Binary Semaphore）是最簡單的一種鎖（互斥鎖），它只用兩種狀態：占用與非占用。所以它的引用計數為1。
4.進程如何獲得共享資源
（1）測試控制該資源的信號量
（2）信號量的值為正，進程獲得該資源的使用權，進程將信號量減1，表示它使用了一個資源單位
（3）若此時信號量的值為0，則進程進入掛起狀態（進程狀態改變），直到信號量的值大於0，若進程被喚醒則返回至第一步。
注：信號量通過同步與互斥保證訪問資源的一致性。
5.與信號量相關的函數
所有函數共用頭文件
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h>
5.1創建信號量
int semget(key_t key,int nsems,int flags)
//返回:成功返回信號集ID，出錯返回-1
(1)第一個參數key是長整型（唯一非零），系統建立IPC通訊 （ 消息隊列、 信號量和 共享內存） 時必須指定一個ID值。通常情況下，該id值通過ftok函數得到，由內核變成標識符，要想讓兩個進程看到同一個信號集，只需設置key值不變就可以。
(2)第二個參數nsem指定信號量集中需要的信號量數目，它的值幾乎總是1。
(3)第三個參數flag是一組標志，當想要當信號量不存在時創建一個新的信號量，可以將flag設置為IPC_CREAT與文件權限做按位或操作。
設置了IPC_CREAT標志后，即使給出的key是一個已有信號量的key，也不會產生錯誤。而IPC_CREAT | IPC_EXCL則可以創建一個新的，唯一的信號量，如果信號量已存在，返回一個錯誤。一般我們會還或上一個文件權限
5.2刪除和初始化信號量
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
如有需要第四個參數一般設置為union semnu arg；定義如下
union semun
{
int val; //使用的值
struct semid_ds *buf; //IPC_STAT、IPC_SET 使用的緩存區
unsigned short *arry; //GETALL,、SETALL 使用的數組
struct seminfo *__buf; // IPC_INFO(Linux特有) 使用的緩存區
};
（1）sem_id是由semget返回的信號量標識符
（2）semnum當前信號量集的哪一個信號量
（3）cmd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。p 這個值通過union semun中的val成員設置，其作用是在信號量第一次使用前對它進行設置。
IPC_RMID：用於刪除一個已經無需繼續使用的信號量標識符，刪除的話就不需要缺省參數，只需要三個參數即可。
5.3改變信號量的值
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nops);
（1）nsops：進行操作信號量的個數，即sops結構變量的個數，需大於或等於1。最常見設置此值等於1，只完成對一個信號量的操作
（2）sembuf的定義如下：
struct sembuf{
short sem_num; //除非使用一組信號量，否則它為0
short sem_op; //信號量在一次操作中需要改變的數據，通常是兩個數，
//一個是-1，即P（等待）操作，
//一個是+1，即V（發送信號）操作。
short sem_flg; //通常為SEM_UNDO,使操作系統跟蹤信號量，
//並在進程沒有釋放該信號量而終止時，操作系統釋放信號量
};
5.4sembuf中sem_flg的設置問題
通常設置為SEM_UNDO,使操作系統跟蹤信號量， 並在進程沒有釋放該信號量而終止時，操作系統釋放信號量 ，例如在二元信號量中，你不釋放該信號量 而異常退出，就會導致別的進程一直申請不到信號量，而一直處於掛起狀態。
是否設置sem_flg為SEM_UNDO的區別
6.模擬實現信號量實現進程間通信
用一個上課的時候講過的簡單的例子來說明一下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <errno.h>
#define total 20
sem_t remain, apple, pear, mutex;
static unsigned int vremain = 20, vapple = 0, vpear = 0;
void *father(void *);
void *mather(void *);
void *son(void *);
void *daughter(void *);
void print_sem();
int main()
{
pthread_t fa, ma, so, da;
sem_init(&remain, 0, total);//總數初始化為20
sem_init(&apple, 0, 0);//盆子中蘋果數, 開始為0
sem_init(&pear, 0, 0);//盆子中梨子數, 開始為0
sem_init(&mutex, 0, 1);//互斥鎖, 初始為1
pthread_create(&fa, NULL, &father, NULL);
pthread_create(&ma, NULL, &mather, NULL);
pthread_create(&so, NULL, &son, NULL);
pthread_create(&da, NULL, &daughter, NULL);
for(;;);
}
void *father(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&remain);
sem_wait(&mutex);
printf("父親: 放蘋果之前, 剩余空間=%u, 蘋果數=%u\n", vremain--, vapple++);
printf("父親: 放蘋果之后, 剩余空間=%u, 蘋果數=%u\n", vremain, vapple);
sem_post(&mutex);
sem_post(&apple);
sleep(1);
}
}
void *mather(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&remain);
sem_wait(&mutex);
printf("母親: 放梨子之前, 剩余空間=%u, 梨子數=%u\n", vremain--, vpear++);
printf("母親: 放梨子之后, 剩余空間=%u, 梨子數=%u\n", vremain, vpear);
sem_post(&mutex);
sem_post(&pear);
sleep(2);
}
}
void *son(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&pear);
sem_wait(&mutex);
printf("兒子: 吃梨子之前, 剩余空間=%u, 梨子數=%u\n", vremain++, vpear--);
printf("兒子: 吃梨子之后, 剩余空間=%u, 梨子數=%u\n", vremain, vpear);
sem_post(&mutex);
sem_post(&remain);
sleep(3);
}
}
void *daughter(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&apple);
sem_wait(&mutex);
printf("女兒: 吃蘋果之前, 剩余空間=%u, 蘋果數=%u\n", vremain++, vapple--);
printf("女兒: 吃蘋果之前, 剩余空間=%u, 蘋果數=%u\n", vremain, vapple);
sem_post(&mutex);
sem_post(&remain);
sleep(3);
}
}
void print_sem()
{
int val1, val2, val3;
sem_getvalue(&remain, &val1);
sem_getvalue(&apple, &val2);
sem_getvalue(&pear, &val3);
printf("Semaphore: remain:%d, apple:%d, pear:%d\n", val1, val2, val3);
}
編譯時記得要加上 -lpthread 否則sem_ 都是未定義的。
因為在主函數中做了一個死循環所以這個程序會一直跑下去
