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信号量（semaphore） Linux内核的信号量在概念和原理上与用户态的System V的IPC机制信号量是一样的，但是它绝不可能在内核之外使用，它是一种睡眠锁。如果有一个任务想要获得已经被占用的信号量时，信号量会将其放入一个等待队列（它不是站在外面痴痴地等待而是将自己的名字写在任务队列中）然后让其睡眠。当持有信号量的进程将信号释放后，处于等待队列中的一个任务将被唤醒（因为队列中可能不止一个任务），并让其获得信号量。这一点与自旋锁不同，处理器可以去执行其它代码。 它与自旋锁的差异：由于争用信号量的进程在等待锁重新变为可用时会睡眠，所以信号量适用于锁会被长时间持有的情况；相反，锁被短时间持有时，使用信号量就不太适宜了，因为睡眠、维护等待队列以及唤醒所花费的开销可能比锁占用的全部时间表还要长；由于执行线程在锁被争用时会睡眠，所以只能在进程上下文中才能获得信号量锁，因为在中断上下文中是不能进行调试的；持有信号量的进行也可以去睡眠，当然也可以不睡眠，因为当其他进程争用信号量时不会因此而死锁；不能同时占用信号量和自旋锁，因为自旋锁不可以睡眠而信号量锁可以睡眠。相对而来说信号量比较简单，它不会禁止内核抢占，持有信号量的代码可以被抢占。 信号量还有一个特征，就是它允许多个持有者，而自旋锁在任何时候只能允许一个持有者。当然我们经常遇到也是只有一个持有者，这种信号量叫二值信号量或者叫互斥信号量。允许有多个持有者的信号量叫计数信号量，在初始化时要说明最多允许有多少个持有者（Count值） 信号量在创建时需要设置一个初始值，表示同时可以有几个任务可以访问该信号量保护的共享资源，初始值为1就变成互斥锁（Mutex），即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。 当任务访问完被信号量保护的共享资源后，必须释放信号量，释放信号量通过把信号量的值加1实现，如果信号量的值为非正数，表明有任务等待当前信号量，因此它也唤醒所有等待该信号量的任务。 信号量的实现也是与体系结构相关的，定义在<asm/semaphore.h> 中，struct semaphore 类型用来表示信号量。可以通过以下方式表态声明信号量： Static DECLARE_SEMAPHORE_GENERIC(name,count);//count最在持有数 声明互斥信号量的快捷方法： Static DECLARE_MUTEX(name); 信号量的API有： DECLARE_MUTEX(name) 该宏声明一个信号量name并初始化它的值为0，即声明一个互斥锁。 DECLARE_MUTEX_LOCKED(name) 该宏声明一个互斥锁name，但把它的初始值设置为0，即锁在创建时就处在已锁状态。因此对于这种锁，一般是先释放后获得。 void sema_init (struct semaphore *sem, int val); 该函用于数初始化设置信号量的初值，它设置信号量sem的值为val。 void init_MUTEX (struct semaphore *sem); 该函数用于初始化一个互斥锁，即它把信号量sem的值设置为1。 void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem); 该函数也用于初始化一个互斥锁，但它把信号量sem的值设置为0，即一开始就处在已锁状态。 void down(struct semaphore * sem); 该函数用于获得信号量sem，它会导致睡眠，因此不能在中断上下文（包括IRQ上下文和softirq上下文）使用该函数。该函数将把sem的值减1，如果信号量sem的值非负，就直接返回，否则调用者将被挂起，直到别的任务释放该信号量才能继续运行。 int down_interruptible(struct semaphore * sem); 该函数功能与down类似，不同之处为，down不会被信号（signal）打断，但down_interruptible能被信号打断，因此该函数有返回值来区分是正常返回还是被信号中断，如果返回0，表示获得信号量正常返回，如果被信号打断，返回-EINTR。 int down_trylock(struct semaphore * sem); 该函数试着获得信号量sem，如果能够立刻获得，它就获得该信号量并返回0，否则，表示不能获得信号量sem，返回值为非0值。因此，它不会导致调用者睡眠，可以在中断上下文使用。 void up(struct semaphore * sem); 该函数释放信号量sem，即把sem的值加1，如果sem的值为非正数，表明有任务等待该信号量，因此唤醒这些等待者。 跟自旋锁一样，信号量也有区分读-写信号量之分 如果一个读写信号量当前没有被写者拥有并且也没有写者等待读者释放信号量，那么任何读者都可以成功获得该读写信号量；否则，读者必须被挂起直到写者释放该信号量。如果一个读写信号量当前没有被读者或写者拥有并且也没有写者等待该信号量，那么一个写者可以成功获得该读写信号量，否则写者将被挂起，直到没有任何访问者。因此，写者是排他性的，独占性的。 读写信号量有两种实现，一种是通用的，不依赖于硬件架构，因此，增加新的架构不需要重新实现它，但缺点是性能低，获得和释放读写信号量的开销大；另一种是架构相关的，因此性能高，获取和释放读写信号量的开销小，但增加新的架构需要重新实现。在内核配置时，可以通过选项去控制使用哪一种实现。 读写信号量的相关API有： DECLARE_RWSEM(name) 该宏声明一个读写信号量name并对其进行初始化。 void init_rwsem(struct rw_semaphore *sem); 该函数对读写信号量sem进行初始化。 void down_read(struct rw_semaphore *sem); 读者调用该函数来得到读写信号量sem。该函数会导致调用者睡眠，因此只能在进程上下文使用。 int down_read_trylock(struct rw_semaphore *sem); 该函数类似于down_read，只是它不会导致调用者睡眠。它尽力得到读写信号量sem，如果能够立即得到，它就得到该读写信号量，并且返回1，否则表示不能立刻得到该信号量，返回0。因此，它也可以在中断上下文使用。 void down_write(struct rw_semaphore *sem); 写者使用该函数来得到读写信号量sem，它也会导致调用者睡眠，因此只能在进程上下文使用。 int down_write_trylock(struct rw_semaphore *sem); 该函数类似于down_write，只是它不会导致调用者睡眠。该函数尽力得到读写信号量，如果能够立刻获得，就获得该读写信号量并且返回1，否则表示无法立刻获得，返回0。它可以在中断上下文使用。 void up_read(struct rw_semaphore *sem); 读者使用该函数释放读写信号量sem。它与down_read或down_read_trylock配对使用。如果down_read_trylock返回0，不需要调用up_read来释放读写信号量，因为根本就没有获得信号量。 void up_write(struct rw_semaphore *sem); 写者调用该函数释放信号量sem。它与down_write或down_write_trylock配对使用。如果down_write_trylock返回0，不需要调用up_write，因为返回0表示没有获得该读写信号量。 void downgrade_write(struct rw_semaphore *sem); 该函数用于把写者降级为读者，这有时是必要的。因为写者是排他性的，因此在写者保持读写信号量期间，任何读者或写者都将无法访问该读写信号量保护的共享资源，对于那些当前条件下不需要写访问的写者，降级为读者将，使得等待访问的读者能够立刻访问，从而增加了并发性，提高了效率。 读写信号量适于在读多写少的情况下使用，在linux内核中对进程的内存映像描述结构的访问就使用了读写信号量进行保护。 究竟什么时候使用自旋锁什么时候使用信号量，下面给出建议的方案 当对低开销、短期、中断上下文加锁，优先考虑自旋锁；当对长期、持有锁需要休眠的任务，优先考虑信号量。
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