1、内核对进程访问的管理
(1)、进程在访问共享资源是存在冲突的，必须的有一种强制手段说明这些共享资源的访问规则。
访问规则的原理：当有一个进程在访问这些共享资源的时候，需要明确的向其他的进程表示：该资源已经被占用。
(2)、访问规则
现代操作系统一定是多进程的(多任务)，多进程的环境一定存在共享资源的访问冲突问题。操作系统提供了一种机制对"访问规则的原理"进行的实现。
i>、用一种数量去标识某一种共享资源的个数(空闲)。
ii>、当有进程需要访问对应的共享资源的时候，则需要先查看(申请)，根据资源对应的当前可用数量进行申请。(申请所需要使用的资源个数)
iii>、资源的管理者(操作系统内核)，就使用当前的资源个数减去要申请的资源个数，结果>=0，表示有可用资源，允许该进程继续访问；否则表示资源不可用，则告诉进程(暂停或者立即返回)；
iv>、资源数量的变化就表示资源的占用和释放。占用：使得可用资源减少；释放：使得可用资源增加。
2、信号量的编程
这种表示资源个数的处理共享资源访问规则的方式------>信号量。
(1)、创建/获取信号量
Linux为了方便进程对于信号量的编程操作，通过一个key创建的一个信号量并非只是一个信号量，而是一个信号量集合。
为了方便进程间信号量的管理，在Linux的内核设计中，对于信号量的申请(创建)，一个key值可以创建一组信号量。就可以使得进程间是约定一个key值，而控制一组共享资源的访问。
需要使用API：semget()方法
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
其中nsems参数表示此次创建的信号量集合中信号量的个数(表示有多少种共享资源需要管理)。该数字大于0，小于系统规定的最大值，该最大值的描述存放在文件/etc/sysctl.conf。
(2)、初始化信号量
信号量ID事实上是信号量集合的ID，一个ID对应的是一组信号量。此时就使用信号量ID设置整个信号量集合，这种操作分为2种大的可能性。
i>、针对信号量集合中的一个信号量进行设置；信号量集合中的信号量是按照数组的方式被管理起来的，从而可以直接使用信号的数组下标来进行访问。
ii>、针对整个信号量集和进行统一的设置。
需要使用的API：semctl()方法。
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
cmd参数
| GETALL | 获取信号量集合中所有信号量的资源个数 |
| SETALL | 设置所有 |
| GETVAL | 获取其中一个 |
| SETVAL | 设置其中一个 |
第四个参数 可变参
如果cmd是GETALL、SETALL、GETVAL、SETVAL...的话，则需要提供第四个参数。第四个参数是一个共用体，这个共用体在程序中必须的自己定义（作用：初始化资源个数），定义格式如下：
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) */
};(3)、信号量的操作
需要使用的API：semop()方法。 (op：operator操作)
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
第二个参数需要借助结构体struct sembuf：
struct sembuf{
unsigned short sem_num; /* semaphore number 数组下标 */
short sem_op; /* semaphore operation */
short sem_flg; /* operation flags 默认0*/
}；第三个参数一般情况下为1。
(4)、控制信号量
信号量控制：信号量集合中各个信号量的资源个数的设置与获取。
3、信号量的特征
如果有进程通过信号量申请共享资源，而且此时资源个数已经小于0，则此时对于该进程，有两种可能性：等待资源，不等待。
如果此时进程选择等待资源，则操作系统内核会针对该信号量构建进程等待队列，将等待的进程加入到该队列之中。
如果此时有进程释放资源，则会：(1)、先将资源个数增加；(2)、从等待队列中抽取第一个进程；(3)、根据此时资源个数和第一个进程需要申请的资源个数进行比较，结果大于0，则唤醒该进程；结果小于0，则让该进程继续等待。
4、编程实现
实现一个简单的运用信号量的程序：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.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) */
};
int main(void){
key_t sem_key;
sem_key = ftok("test", 7); //动态获取key；
if(sem_key == -1){
perror("ftok");
return -1;
}
printf("sem_key = %x\n",sem_key);
int sem_id = semget(sem_key, 1, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0755); //创建的共享资源数为1个
if(sem_id == -1){
perror("semget");
return -1;
}
printf("sem_id = %d\n",sem_id);
union semun init;
init.val = 10;
int res = semctl(sem_id, 0, SETVAL, init); //数组下标为0的
if(res == -1){
perror("semctl setval");
return -1;
}
int sem_val = semctl(sem_id, 0, GETVAL); //10
printf("sem_val = %d\n",sem_val);
struct sembuf info;
info.sem_num = 0;
info.sem_op = -1; //减少资源
info.sem_flg = 0;
semop(sem_id, &info, 1); //1：代表针对1个信号量资源
sem_val = semctl(sem_id, 0, GETVAL); //9
printf("sem_val = %d\n",sem_val);
res = semctl(sem_id, 0, IPC_RMID);
if(res == -1){
perror("semctl rmid");
return -1;
}
printf("Remove Sem OK.\n");
return 0;
}运行结果
