信号量理论

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理论

信号量是对公共资源的一种预定机制，资源不一定非要持有才算自己的，预定了也算，在未来任意时刻，仍然可以使用。

像我们申请有一块共享内存，如果一个进程正在使用，那么其他进程就需要进行等待，使得资源不会被并发访问，但是这种一次申请一块共享内存却只能由一个进程访问，效率并不高，于是就有了分配资源，将这个共享内存划分成几块，不同的进程去申请这些资源，申请成功则可以使用，失败则等待，而信号量就是对这些资源进行计数的！本质上信号量也是属于进程间通信。

于是，所有的进程在访问临界资源时，都需要去申请信号量，这也是被共同遵守的。

下面，回答几个问题，介绍几个概念：

临界资源是什么？临界资源就是被保护起来的，任何时刻只允许一个执行流访问的公共资源。访问临界资源的代码，我们叫做临界区，保护临界资源，实质上就是保护临界区。

而我们的信号量是用来保护临界资源的，访问临界资源前，需要向他申请，但是我们的信号量也是临界资源，谁来保护他呢？我们有没有一个问题，在申请和释放信号量的过程中，如果突然被打断，会发生什么？

第一个问题，信号量的申请和释放（PV操作）是原子的，由操作系统去保护，什么叫原子？原子就是一个操作不可以再被分割，是就是是，不是就是否，要么做完，要么不做。

第二个问题，他不会被打断，要么申请成功，要么就失败。

第三个问题，既然你信号量是个计数器，我直接搞一个count不就行了吗，使用他来计数不可以吗？在多进程中，我们希望每个进程都能够一直看见count的值，并且要求count++和--的操作是原子的，但是count变量++和--的操作不是原子的，在汇编层面，他会将count先写进CPU，然后CPU对他做++，然后写回变量，这个过程是可以被打断的，同时，我们无法让一个普通变量一直被多进程看到，所以我们有了信号量。

我们还可以通过他的接口可以看到他和共享内存，消息队列之间的一些共性，比如说 struct ipc_perm，三者的结构体变量中都有这样一个结构体变量，而且都放在结构体的头部，我们看图：

在操作系统内核中，是这样一个结构，看图：

而我们知道，一个结构体的地址在值上和他的第一个成员变量的值是相等的。于是我们对共享内存等的管理，就变成了对柔性数组的增删查改。（通过找到ipc_perm中的_key）

那么我们只通过ipc_perm*怎么知道哪个是共享内存，哪个是信号量？在ipc_perm中，有一个mode变量，存放着我们创建时的类型，使用宏的方式，同时我们定义了这样的宏，所以，确定类型，就变成了ipc_perm* ->mode & 宏，我们写三个接口，就可以判断类型，返回类型后对ipc_perm*类型强制类型转换，就可以进行访问了。