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信号量（semaphore）和信号只有一字之差，却是不同的概念，信号量与之前介绍的IPC不同，它是一个计数器，用于实现进程间的互斥于同步

本文参考：

Linux 的信号量_linux 信号量_行孤、的博客-CSDN博客

【Linux】Linux的信号量集_Yngz_Miao的博客-CSDN博客

Linux进程间通信（九）——信号量_linux 信号量_天山老妖的博客-CSDN博客

信号量函数（semget、semop、semctl）及其范例_semget函数_guoping16的博客-CSDN博客

注意，在Linux中，有两类信号量：

第一类是由 semget/semop/semctl API 定义的信号量的 SVR4（System V Release 4）版本。

第二类是由 sem_init/sem_wait/sem_post/interfaces 定义的 POSIX 接口。

它们具有相同的功能，但接口不同，本节学习的是第一类信号量

概念

信号量本质上是一个计数器，用于协调多个进程（但不包括父子进程）对共享数据对象的读/写。它不以传输数据为目的，主要是用来保护临界资源（一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源，很多物理设备都属于临界资源，比如打印机，磁带机），保证临界资源在一个时刻只有一个进程独享。

信号量是描述某一种资源是否可用的变量，信号量的值表示当前可用的资源的数量，若信号量的值等于0则意味着目前没有可用的资源。

信号量是一个特殊的变量，只允许进程对它进行等待信号（P）和发送信号（V）操作。

P操作（拿）：等待。如果sv大于0，减小sv。如果sv为0，挂起这个进程的执行

V操作（放）：发送信号。如果有进程被挂起等待sv，使其恢复执行。如果没有进行被挂起等待sv，增加sv

最简单的信号量是只能取0，1的信号量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量，而可以取多个正整数的信号量称为通用信号量。

信号量集

就是由多个信号量组成的一个数组。作为一个整体信号量集中的所有信号量使用同一个等待队列。Linux的信号量集为进程请求多个资源创造了条件。Linux规定，当进程的一个操作需要多个共享资源时，如果只成功获得了其中的部分资源，那么这个请求即告失败，进程必须立即释放所有已获得资源，以防止形成死锁。

相关API

Linux下的信号量函数都是在通用的信号量数组（信号量集）上进行操作，而不是在一个单一的二值信号上进行操作。

semget函数

获取或创建信号量组

需要添加的库

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

函数原型

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

函数参数

key：IPC键值
nsems：信号量集中信号量的个数
semflag：取以下值中的一个，若不取0，还要或上新建信号量集的权限

0（取信号量集标识符，若不存在则函数会报错）

IPC_CREAT：不存在则创建信号量集

IPC_CREAT|IPC_EXCL：不存在则创建信号量集，若存在会报错

返回值：成功返回信号量集ID，失败返回-1

semop函数

对信号量组进行操作，改变信号量的值，也就是对信号量进行P或V操作

需要添加的库

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

函数原型

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

函数参数

semid：信号量集ID，semget的返回值
sops：一个结构体：

struct sembuf
{
  short sem_num;   // 信号量集的个数，单个信号量设置为0。
  short sem_op;    // 信号量在本次操作中需要改变的数据：-1-等待操作；1-发送操作。
  short sem_flg;   // 把此标志设置为SEM_UNDO，操作系统将跟踪这个信号量。如果设置为IPC_NOWAIT则会直接返回
                   // 如果当前进程退出时没有释放信号量，操作系统将释放信号量，避免资源被死锁。
};

nsops：操作信号量的个数，即上一个参数sops结构变量的个数（只有一个就写1）
返回值：成功返回0，失败返回-1

使用举例

封装P操作：

void pGet(int semid)
{
        struct sembuf sops;
        sops.sem_num = 0;
        sops.sem_op = -1;
        sops.sem_flg = SEM_UNDO;

        if(semop(semid,&sops,1) == -1){
                printf("pGet error!\n");
        }else{
                printf("pGet success\n");
        }

}

封装V操作：

void vPut(int semid)
{
        struct sembuf sops;
        sops.sem_num = 0;
        sops.sem_op = 1;
        sops.sem_flg = SEM_UNDO;

        if(semop(semid,&sops,1) == -1){
                printf("vPut error!\n");
        }else{
                printf("vPut success\n");
        }

}

semctl函数

控制信号量（常用于设置信号量的初始值和销毁信号量）

需要添加的库

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

函数原型

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

函数参数

semid：信号量集ID，semget的返回值
semnum：要操作的目标信号量，第一个就是0，第二个就是1....（只有一个就写0）
cmd：对目标信号量采取的命令，取以下值中的一个：

IPC_STAT

IPC_SET

IPC_RMID：销毁信号量，此时没有第四个参数

IPC_INFO

SEM_INFO

SEM_STAT

GETALL

GETNCNT

GETPID

GETVAL

GETZCNT

SETALL

SETVAL：设置信号量的初始值，此时有第四个参数

第四个参数：根据cmd设置的情况决定是否存在这个参数，如果存在，那这个参数的类型就是一个名为semun的联合体：

union semun {
               int              val;    /* Value for SETVAL */
               struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
               unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
               struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
                                           (Linux-specific) */
};

使用举例

假设我要操作semid是1234的信号量集中的第一个信号量，将这个信号量的值初始化为1：

union semun {
               int              val;    /* Value for SETVAL */
               struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
               unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
               struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
                                           (Linux-specific) */
};


int main()
{
    union semun mysemun_1;
    mysemun_1.val = 1; 
    semctl(1234,0,SETVAL,mysemun_1);

    return 0;
}

回顾联合体的知识：和结构体不同，联合体的成员共用存储空间，所以对多个成员的赋值可能会导致覆盖，产生问题，所以此处只需要对val进行赋值，并不用为了防止野指针而对其他成员赋值

实操演示

需求：创建并初始化一个只有一个信号量的信号量集，然后fork一下，之后通过操控信号量让子进程先打印一句话，打印完才允许父进程打印另一句话

sem1.c：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

union semun {
               int              val;    /* Value for SETVAL */
               struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
               unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
               struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
                                           (Linux-specific) */
};

void pGet(int semid)
{
	struct sembuf sops;
	sops.sem_num = 0;
	sops.sem_op = -1;
	sops.sem_flg = SEM_UNDO;

	if(semop(semid,&sops,1) == -1){
		printf("pGet error!\n");
	}else{
		printf("pGet success\n");
	}
	
}


void vPut(int semid)
{
        struct sembuf sops;
        sops.sem_num = 0;
        sops.sem_op = 1;
        sops.sem_flg = SEM_UNDO;

        if(semop(semid,&sops,1) == -1){
                printf("vPut error!\n");
        }else{
                printf("vPut success\n");
        }

}



int main()
{
	key_t key;
	key = ftok(".",2);
	int semid;
	pid_t pid;

	semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666);
	if(semid == -1){
		printf("semget error\n");
		return 1;
	}else{
		printf("get semid = %d\n",semid);
	}

	union semun mysemun_1;
	mysemun_1.val = 0; //初始化为无锁的状态
	semctl(semid,0,SETVAL,mysemun_1);

	pid = fork();
	if(pid>0){
		pGet(semid); //尝试获取锁
		printf("this is father\n");
		semctl(semid,0,IPC_RMID); //销毁信号量
	}else if(pid == 0){
		printf("this is son\n");
		vPut(semid); //放入锁
	}else{
		printf("fork error\n");
		return 1;
	}

	return 0;
}