信号量
什么是信号量
信号量主要保护共享资源的，确保该资源在同一时刻只有一个线程占用。
换句话说它就是控制多进程（多线程）共同访问共享资源的一种手段。信号量的定义
最初的定义：信号量是一个特殊的变量，它只能取正整数值，并且程序对其访问都是原子操作。
正式的定义：它是一个特殊的变量，只允许对它进行等待和发送信号。
信号量就是一种特殊的计数器
当其值>0时，其表示可用临界资源的个数
当其值<0,表示资源忙，至少有一个线程在等待。
信号量工作原理
先看计数器计数的方式：
自增型：开始计数为0，来一个自增1，走一个自减1，到计数最大值不允许再来
自减型：开始计数 就是最大值，来一个自减1，走一个自增1，计数到0不允许再来
信号量采用的是自减型，这里说下我个人的理解：（MAX为最大值）
1）我们一般关心资源占用完了没，而不是这个资源一共可以被几个进程占用。所以我们关心的是什么时候不允许再来。
显然自减型判断是否为0更为方便。
我们可以用公共停车场来解释
公共停车场 ：信号量控制访问的临界资源的个数
车位：临界资源
想要停车的车辆：想要访问临界资源的线程
计数器：信号量
此刻停车场共有4个停车位，3个停车位分别被车D ，车F，车E占用了，还剩下车位4此刻没被占用。
理解为：信号量管理了4个临界资源，三个临界资源此刻被占用了，一个没被占用。。
现在车A 车B 车C都想进去停车，但是车位只剩下一个。出现了一种“竞态”，谁先抢到计数器发的停车卡谁就可以进去。
进程A 进程B 进程C 同时想对信号量进行P操作，这一步是原子操作，谁先操作成功就可以进入临界区访问临界资源，其中一个进程完成了p操作后，其他两个进程会被挂起，存放入等待队列中，当信号量又>0时，排在前面的那个进程又会被唤醒，又进行p操作。信号量分类
1）内核信号量，由内核控制路径使用
2）用户态进程使用的信号量，这种信号量又分为POSIX信号量和SYSTEMV信号量。
POSIX信号量又分为有名信号量和无名信号量。
有名信号量，其值保存在文件中, 所以它可以用于线程也可以用于进程间的同步。
无名信号量，其值保存在内存中。
内核信号量
内核信号量类似于自旋锁，因为当锁关闭着时，它不允许内核控制路径继续进行。然而，当内核控制路径试图获取内核信号量锁保护的忙资源时，相应的进程就被挂起。只有在资源被释放时，进程才再次变为可运行。只有可以睡眠的函数才能获取内核信号量；中断处理程序和可延迟函数都不能使用内核信号量。
自旋锁是相当于数据被锁住，就反复执行一条指令（个人理解类比于代码中while（1）死循环），不是睡眠，所以它能处理中断处理的程序。
自旋锁只能一个进程持有。
信号量可以多个进程持有。
自旋锁数据被锁住，等待的进程（线程）就会反复的执行一条指令，对cpu资源的占用，所以适合短时间持有锁。
信号量<0进程会被挂起，和放入等待队列，>0时候进程会被唤醒。所以是函数准备和收尾开销比较大，适合长时间持有锁。
这个是内核信号量的结构体
struct semaphore
{
atomic_t count;
int sleepers;
}
count是信号量的值，>0代表代表有闲资源，=0代表忙资源, <0代表有至少一个等待进程。
sleepers是一个标志，代表是否有一些进程在信号量上睡眠
wait：存放等待队列链表的地址，当前等待资源的所有睡眠进程都会放在这个链表中。
内核信号量的函数
初始化信号量
void sema_init (struct semaphore *sem, int val)；
把val值初始化信号量sem;
获取信号量
void down(struct semaphore * sem);
这个函数是获得信号量sem,可能会引起睡眠，所以不可以中断上下文使用该函数，它将sem的值减少1，如果该值为非负，直接返回，否则该进程被挂起，直到有进程释放了该信号量，唤醒该进程。
int down_interruptible(struct semaphore * sem);
会被信号打断，正常返回0，打断返回-EINTR
int down_trylock(struct semaphore * sem);
它会去获取信号量，如果立即获得则返回0，没有则返回非0，不会被睡眠，所以可以被中断上下文使用。
释放信号量
void up(struct semaphore * sem);
用户信号量
POSIX信号量
（1）无名信号量
无名信号量常用于多线程间的同步，同时也用于相关进程间的同步。也就是说，无名信号量必须是多个进程（线程）的共享变量，无名信号量要保护的变量也必须是多个进程（线程）的共享变量，这两个条件是缺一不可的。
这里可以理解为就是我们创建一个信号变量sem_t sem;那么这个变量必须是多线程所的共享的变量。这也是为什么常用于多线程，因为一个进程里的多线程中全局变量，栈区堆区，文件描述符是共享的。很容易创建这个共享的信号量。
无名信号量的函数
int sem_init(sem_t *sem, int shared, unsigned int value);
sem是信号量的指针；
share = 0 代表是在同一进程里的多线程，
value初始化值；
int sem_wait(sem_t wait);
申请访问 相当于 p操作；
int sem_post(sem_t *sem);
释放资源 相当于 v操作；
我们看个例子主线程把输入字符传入给线程id,线程把字符串大写变小写，写入a.txt
无名就是这么简单的操作，但是也有明显的缺点，就是要共享这个sem信号量。
如果在多进程中使用无名信号量
很简单创建一个信号量，然后fork()一下，当然只要在血缘的进程都可以使用，也暴露了其局限性
（2）有名信号量
有名信号量就是相当于用sem_open函数 代替 无名的sem_init函数
sem_wait 和 sem_post 是和无名共享的
还有个关闭信号量的函数sem_close()
sem_t *sem_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,int value);
sem_t sem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT, 0644, 1);
各位看下就大致知道参数的意思了
name:是文件路径名，linux信号量是直接存在/dev/shm 你写个name相当于/dev/shm/sem.name 默认帮你保存在这个路径
你只要写好.后面的name,这个你自己取个后缀名。
mode :权限
value：信号量初始值
SYSTEMV信号量
这里操作的是信号量集，不是单个信号量了，要用到的头文件<sys/ipc.h>
信号量集
信号量集和信号集没有一点关系，首先信号集是信号的集合，它用的是sigset_t类型的变量的位来保存每一个信号，而信号量集是信号量的集合，它是用数组每个元素来保存每个信号量。信号是通知进程间事件的发生，信号量是控制进程间同步，或者线程间同步的一种手段。
SYSTEMV信号量函数
fsemget(key_t key, int nsems, int oflag)
key 用来大家都共同使用某个key,大家都能定位到一个信号量上，这样就能达到信号量在进程间共享。
nsems 代表着信号量的个数，信号量集创建一旦完成就不得更改其个数，除非删除重新创建，或者重新创建一个新的信号量集。
oflag 指定该信号量的权限
int semctl(int semid, int semnum, int cmd,...)
semid 是信号量
semnum 是信号量在集合中的序号
semun 是一个结构体
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
ushort *array;
}
这个函数有两个作用一个是初始化信号量，一个是删除信号量
我们看一下这个函数分别是怎么使用这两个作用的
cmd取SETVAL,可以给每个信号量赋值
第四个参数是初始值
semop函数
struct sembuf
{
unsigned short sem num; //操作信号量的下标
short sem_op; //对信号量操作方式 ， -1，0， 1
short sem_flg; // 计数为0是否阻塞，为0就阻塞，为IPC_NOWIT就阻塞
}
如何创建信号量集
1)使用fotk或者头文件，生成一个key
2)使用semget创建/获取信号量集
3)使用semtcl给该信号量集中每个信号赋值
4)使用信号量，semop函数
5)使用semtcl删除信号量
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