信号量semaphore解析

Posted 2020-09-16 wzzkaifa

1 基础概念

信号量在创建时须要设置一个初始值，表示同一时候能够有几个任务能够訪问该信号量保护的共享资源。初始值为1就变成相互排斥锁（Mutex），即同一时候仅仅能有一个任务能够訪问信号量保护的共享资源。

一个任务要想訪问共享资源，首先必须得到信号量，获取信号量的操作将把信号量的值减1。若当前信号量的值为负数，表明无法获得信号量。该任务必须挂起在该信号量的等待队列等待该信号量可用；若当前信号量的值为非负数。表示能够获得信号量，因而能够立马訪问被该信号量保护的共享资源。


当任务訪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，假设信号量的值为非正数。表明有任务等待当前信号量，因此它也唤醒全部等待该信号量的任务。

信号量被看做一个对象。包括一个整型变量、一个进程等待队列和down（）up()操作函数，挂起的进程直接增加等待队列，等待信号量的释放。这样，进程间的上下文切换带来了不小的开销。针对要求时间效率的加锁，特别是在多处理器的平台上，自旋锁更合适。

自旋锁没有等待队列。进程会在还有一个进程上不断自循环，等待该进程的自旋锁的释放，所以单处理器上不能够用自旋锁。

2 信号量的API

ECLARE_MUTEX(name)

该宏声明一个信号量name并初始化它的值为0。即声明一个相互排斥锁。

 

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)

该宏声明一个相互排斥锁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。

因此对于这样的锁，通常是先释放后获得。

 

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相互排斥锁，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相互排斥锁，但它把信号量sem的值设置为0，即一開始就处在已锁状态。 

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（包含IRQ上下文和softirq上下文）使用该函数。该函数将把sem的值减1。假设信号量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干继续执行。 

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，假设返回0。表示获得信号量正常返回，假设被信号打断。返回-EINTR。

 

int down_trylock(struct semaphore * sem);

该函数试着获得信号量sem。假设可以立马获得，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，假设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。