一 爲什麼要使用信號量
爲了防止出現因多個程序同時訪問一個共享資源而引發的一系列問題，我們需要一種方法，它可以通過生成並使用令牌來授權，在任一時刻只能有一個執行線程訪問 代碼的臨界區域。臨界區域是指執行數據更新的代碼需要獨佔式地執行。而信號量就可以提供這樣的一種訪問機制，讓一個臨界區同一時間只有一個線程在訪問它， 也就是說信號量是用來調協進程對共享資源的訪問的。其中共享內存的使用就要用到信號量。
二 信號量的工作原理
由於信號量只能進行兩種操作等待和發送信號，即P(sv)和V(sv),他們的行爲是這樣的：
P(sv)：如果sv的值大於零，就給它減1；如果它的值爲零，就掛起該進程的執行
V(sv)：如果有其他進程因等待sv而被掛起，就讓它恢復運行，如果沒有進程因等待sv而掛起，就給它加1.
舉個例子，就是 兩個進程共享信號量sv，一旦其中一個進程執行了P(sv)操作，它將得到信號量，並可以進入臨界區，使sv減1。而第二個進程將被阻止進入臨界區，因爲 當它試圖執行P(sv)時，sv爲0，它會被掛起以等待第一個進程離開臨界區域並執行V(sv)釋放信號量，這時第二個進程就可以恢復執行。
三 Linux的信號量機制
Linux提供了一組精心設計的信號量接口來對信號進行操作，它們不只是針對二進制信號量，下面將會對這些函數進行介紹，但請注意，這些函數都是用來對成組的信號量值進行操作的。它們聲明在頭文件sys/sem.h中。
四 信號號相關的兩個結構體
內核爲每個信號量集合設置了一個semid_ds結構
struct semid_ds {
struct ipc_permsem_perm ;
structsem* sem_base ; //信號數組指針
ushort sem_nsem ; //此集中信號個數
time_t sem_otime ; //最後一次semop時間
time_t sem_ctime ; //最後一次創建時間
} ;
每個信號量由一個無名結構表示，它至少包含下列成員： （這個是什麼意思？？）
struct {
ushort_t semval ; //信號量的值
short sempid ; //最後一個調用semop的進程ID
ushort semncnt ; //等待該信號量值大於當前值的進程數（一有進程釋放資源 就被喚醒）
ushort semzcnt ; //等待該信號量值等於0的進程數
} ;
三 信號量的使用
1、創建信號量
semget函數創建一個信號量集或訪問一個已存在的信號量集。
#include <sys/sem.h>
int semget (key_t key, int nsem, int oflag) ;
返回值是一個稱爲信號量標識符的整數，semop和semctl函數將使用它。
參數nsem指定集合中的信號量數。（若用於訪問一個已存在的集合，那就可以把該參數指定爲0）
參數oflag可以是SEM_R(read)和SEM_A(alter)常值的組合。（打開時用到），也可以是IPC_CREAT或IPC_EXCL ;
2、打開信號量
使用semget打開一個信號量集後，對其中一個或多個信號量的操作就使用semop(op--operate)函數來執行。
#include <sys/sem.h>
int semop (int semid, struct sembuf * opsptr, size_t nops) ;
參數opsptr是一個指針，它指向一個信號量操作數組，信號量操作由sembuf結構表示：
struct sembuf{
short sem_num; // 除非使用一組信號量，否則它爲0
short sem_op; // 信號量在一次操作中需要改變的數據，通常是兩個數，
// 一個是-1，即P（等待）操作，一個是+1，即V（發送信號）操作
short sem_flg; // 通常爲SEM_UNDO,使操作系統跟蹤信號，並在進程沒有釋放該信號量而終止時，
// 操作系統釋放信號量
};
◆參數nops規定opsptr數組中元素個數。
sem_op值：
（1）若sem_op爲正，這對應於進程釋放佔用的資源數。sem_op值加到信號量的值上。（V操作）
（2）若sem_op爲負,這表示要獲取該信號量控制的資源數。信號量值減去sem_op的絕對值。（P操作）
（3）若sem_op爲0,這表示調用進程希望等待到該信號量值變成0
◆如果信號量值小於sem_op的絕對值（資源不能滿足要求），則：
（1）若指定了IPC_NOWAIT，則semop()出錯返回EAGAIN。
（2）若未指定IPC_NOWAIT，則信號量的semncnt值加1（因爲調用進程將進 入休眠狀態），然後調用進程被掛起直至：①此信號量變成大於或等於sem_op的絕對值；②從系統中刪除了此信號量，返回EIDRM；③進程捕捉到一個信 號，並從信號處理程序返回，返回EINTR。（與消息隊列的阻塞處理方式 很相似）
sem_flg取值：
（1） 0： 阻塞調用
（2） IPC_NOWAIT：非阻塞調用
（3）SEM_UNDO：如果設置了SEM_UNDO標誌，那麼在進程結束時，相應的操作將被取消，這是比較重要的一個標誌位。如果設置了該標誌位，那麼在進程沒有釋放共享資源就退出時，內核將代爲釋放。如果爲一個信號量設置了該標誌，內核都要分配一個SEM_UNDO結構來記錄它，爲的是確保以後資源能夠安全釋放。事實上，如果進程退出了，那麼它所佔用的資源就釋放了，但信號量值卻沒有改變，此時，信號量值反映的已經不是資源佔有的實際情況，在這種情況下，問題的解決就靠內核來完成。這有點像殭屍進程，進程雖然退出了，資源也都釋放了，但內核進程表中仍然有它的記錄，此時就需要父進程調用waitpid來解決問題了。
3、信號量是操作
semctl函數對一個信號量執行各種控制操作。
#include <sys/sem.h>
int semctl (int semid, int semnum, int cmd, /*可選參數*/ ) ;
第四個參數是可選的，取決於第三個參數cmd。
參數semnum指定信號集中的哪個信號（操作對象）
參數cmd指定以下10種命令中的一種,在semid指定的信號量集合上執行此命令。
IPC_STAT 讀取一個信號量集的數據結構semid_ds，並將其存儲在semun中的buf參數中。
IPC_SET 設置信號量集的數據結構semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf參數。
IPC_RMID 將信號量集從內存中刪除。
GETALL 用於讀取信號量集中的所有信號量的值。
GETNCNT 返回正在等待資源的進程數目。
GETPID 返回最後一個執行semop操作的進程的PID。
GETVAL 返回信號量集中的一個單個的信號量的值。
GETZCNT 返回這在等待完全空閒的資源的進程數目。
SETALL 設置信號量集中的所有的信號量的值。
SETVAL 設置信號量集中的一個單獨的信號量的值。
第四個參數：類型由用戶定義，推薦使用格式
union semun{
int val; /* 用於SETVAL命令 */
struct semid_ds * buffer; /* 用於IPC_STAT和IPC_SET */
unsigned short *array; /* 用於GETALL和SETALL */
struct seminfo * _buf; /* 用於IPC_INFO命令 */
}
四 信號量值的初始化
semget並不初始化各個信號量的值，這個初始化必須通過以SETVAL命令(設置集合中的一個值)或SETALL命令(設置集合中的所有值) 調用semctl來完成。
SystemV信號量的設計中，創建一個信號量集並將它初始化需兩次函數調用是一個致命的缺陷。一個不完備的解決方案是：在調用semget時指定IPC_CREAT | IPC_EXCL標誌，這樣只有一個進程（首先調用semget的那個進程）創建所需信號量，該進程隨後初始化該信號量。