Linux下信号量的读写操作原理 (linux 读写信号量)

信号量是一种用于多进程或多线程之间协调共享资源的机制。在Linux系统中，信号量是由内核提供的一种进程间通信的方式。它可以控制进程或线程之间的竞争条件，避免死锁和竞态等问题。在本文中，我们将深入探讨。

一、信号量的概念

信号量是一个计数器，用于协调进程或线程之间对共享资源的访问。它包含两个基本操作：PV操作和初始化操作。其中，PV操作分为P操作和V操作，它们分别用于申请和释放信号量资源，可以理解为锁住和解锁资源。

信号量的初始化操作在进程或线程的创建时进行，它用于初始化信号量的计数器。在Linux系统中，信号量的初始化操作是使用semget()函数完成的。其具体用法如下：

int semget(key_t key, int nsems, int sem);

其中，key表示信号量的标识符，nsems表示信号量数量，sem表示信号量的创建标志，如指定IPC_CREAT可以创建信号量，指定IPC_EXCL表示如果信号量已存在则返回错误。该函数返回一个信号量的标识符。

二、信号量的读写操作

在Linux系统中，信号量的读写操作是通过semop()函数实现的。semop()函数用于对一个信号量集进行操作。其具体用法如下：

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

其中，semid表示信号量的标识符，sops表示信号量操作数组，nsops表示操作的数量。信号量操作数组包含了每次对信号量执行的操作，其中每一个操作由一个sembuf结构体表示，该结构体包含三个参数：

struct sembuf {

ushort_t sem_num; /* 信号量中的信号量编号 */

short_t sem_op; /* 信号量操作：P操作（-1）或V操作（+1） */

short_t sem_; /* 信号量操作标志 */

};

信号量的读写操作是通过P操作和V操作来实现的。

1）P操作

P操作用于申请信号量资源。当多个进程或线程同时竞争一个资源时，如果其中一个申请成功，则其它申请者必须等待。在Linux系统中，P操作是通过semop()函数中的sem_op参数设置为-1来实现的。

当一个进程或线程执行P操作时，它会向内核发出一个信号量请求，如果此时信号量计数器的值大于0，则立即将信号量计数器减1，并返回操作成功；否则将进程或线程的状态设置为等待，并等待其他进程或线程释放信号量。当其他进程或线程释放信号量后，该进程或线程再次执行P操作。

在Linux系统中，如果已经有一个进程或线程执行了P操作，并且该信号量已被锁定，则其他进程或线程执行P操作时会进入睡眠状态，等待其它进程或线程释放信号量。如果该信号量已被锁定，则进程或线程会一直等待，直到信号量被释放。当信号量被释放后，内核会向所有等待该信号量的进程或线程发送信号，以唤醒它们。

2）V操作

V操作用于释放信号量资源。在Linux系统中，V操作是通过semop()函数中的sem_op参数设置为1来实现的。

当一个进程或线程执行V操作时，它会将信号量计数器加1，并检查是否有其它进程或线程在等待该信号量。如果没有，则返回操作成功；否则将找到其中一个等待该信号量的进程或线程，并将其状态设置为就绪。内核会在适当的时候调度该进程或线程，并执行它们的剩余操作。

在Linux系统中，V操作的执行过程是原子性的，即一旦信号量计数器被加1，进程或线程就会立即释放该信号量，而不会被其它进程或线程打断。因此，V操作可以保证信号量的原子性，避免了竞态等问题。

三、

本文主要介绍了。信号量是一种用于协调进程或线程之间对共享资源的访问的机制，它包含P操作和V操作两个基本操作，用于申请和释放信号量资源。在Linux系统中，信号量的读写操作是通过semop()函数实现的。当多个进程或线程同时竞争一个资源时，如果其中一个申请成功，则其它申请者必须等待。如果该信号量已被锁定，则进程或线程会一直等待，直到信号量被释放。V操作的执行过程是原子性的，即一旦信号量计数器被加1，进程或线程就会立即释放该信号量，而不会被其它进程或线程打断。信号量的读写操作可以避免死锁和竞态等问题，确保共享资源的安全性和可靠性。