信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
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1、特点
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1、信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
2、信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
3、每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
4、支持信号量组。
例子：就像一个房间，信号量相当于开门的钥匙，房间相当于连接资源（一次仅允许一个进程使用的资源；如：A进程正在使用临界资源，B进程就无法使用，等A进程完成后才行。）
在Linux中有许多的信号量集，
P操作：拿锁；V操作：放回锁；
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2、信号量的相关函数
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最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。
1 #include <sys/sem.h>
2
3 int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
4
5 int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
6
7 int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);
semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0 。
所需头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
函数返回值：成功：返回信号量集的标识符；出错：-1，错误原因存于error中
key：0(IPC_PRIVATE)：会建立新信号量集对象，key大于0的32位整数：视参数semflg来确定操作，通常要求此值来源于ftok返回的IPC键值
nsems：创建信号量集中信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效
msgflg：
0：取信号量集标识符，若不存在则函数会报错
IPC_CREAT：当semflg&IPC_CREAT为真时，如果内核中不存在键值与key相等的信号量集，则新建一个信号量集；如果存在这样的信号量集，返回此信号量集的标识符
IPC_CREAT|IPC_EXCL：如果内核中不存在键值与key相等的信号量集，则新建一个消息队列；如果存在这样的信号量集则报错
在semop函数中，sembuf结构的定义如下：
1 struct sembuf
2 {
3 short sem_num;
4 short sem_op;
5 short sem_flg;
6 }
sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
若sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
若sem_op < 0，请求 sem_op 的绝对值的资源。
如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。
当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与sem_flg有关。
sem_flg 指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。
sem_flg 没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
1、当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回；
2、此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
3、进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
若sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
当信号量已经为0，函数立即返回。
如果信号量的值不为0，则依据sem_flg决定函数动作：
sem_flg指定IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。
sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
1、信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
2、此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
3、进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
成功：返回信号量集的标识符；出错：-1，错误原因存于error中。
在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：
1、SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
2、IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。
信号量（父子之间通信）：
#include "stdio.h"
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *_buf;
};
void pGetKey(int id)
{
struct sembuf set;
set.sem_num=0;
set.sem_op=-1;
set.sem_flg=SEM_UNDO;
semop(id,&set,1);
printf("getKey\n");
}
void vPutBackKey(int id){
struct sembuf set;
set.sem_num=0;
set.sem_op=1;
set.sem_flg=SEM_UNDO;
semop(id,&set,1);
printf("put back the key\n");
}
int main()
{
key_t key;
int semid;
key =ftok(".",2);
semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0600);
union semun initsem;
initsem.val=0;
semctl(semid,0,SETVAL,initsem);
int pid=fork();
if (pid>0){
pGetKey(semid);
printf("this is father\n" );
vPutBackKey(semid);
semctl(semid,0,IPC_RMID);
}
else if(pid==0){
printf("this is child\n");
vPutBackKey(semid);
}else{
printf("fork error\n");
}
}
共享内存与信号量：
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<sys/sem.h>
4
5
6 union semun
7 {
8 int val;
9 struct semid_ds *buf;
10 unsigned short *array;
11 };
12
13
14 int init_sem(int sem_id, int value)
15 {
16 union semun tmp;
17 tmp.val = value;
18 if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
19 {
20 perror("Init Semaphore Error");
21 return -1;
22 }
23 return 0;
24 }
25
26
27
28
29 int sem_p(int sem_id)
30 {
31 struct sembuf sbuf;
32 sbuf.sem_num = 0;
33 sbuf.sem_op = -1;
34 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
35
36 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
37 {
38 perror("P operation Error");
39 return -1;
40 }
41 return 0;
42 }
43
44
45
46
47 int sem_v(int sem_id)
48 {
49 struct sembuf sbuf;
50 sbuf.sem_num = 0;
51 sbuf.sem_op = 1;
52 sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
53
54 if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
55 {
56 perror("V operation Error");
57 return -1;
58 }
59 return 0;
60 }
61
62
63 int del_sem(int sem_id)
64 {
65 union semun tmp;
66 if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
67 {
68 perror("Delete Semaphore Error");
69 return -1;
70 }
71 return 0;
72 }
73
74
75 int main()
76 {
77 int sem_id;
78 key_t key;
79 pid_t pid;
80
81
82 if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
83 {
84 perror("ftok error");
85 exit(1);
86 }
87
88
89 if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
90 {
91 perror("semget error");
92 exit(1);
93 }
94
95
96 init_sem(sem_id, 0);
97
98 if((pid = fork()) == -1)
99 perror("Fork Error");
100 else if(pid == 0)
101 {
102 sleep(2);
103 printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
104 sem_v(sem_id);
105 }
106 else
107 {
108 sem_p(sem_id);
109 printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
110 sem_v(sem_id);
111 del_sem(sem_id);
112 }
113 return 0;
114 }
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