簡單介紹

這是我開這個欄目的第一篇文章，順序也不是按照《Unix網路程式設計》（以下簡稱網編）的章節順序往下寫的，可能文章會提及一些前面章節的概念，遇到的話，我會做一些引導，讀者也可以自己找找相關的內容或書籍檢視。
訊號量是一種用於提供不同程序間或一個給定程序的不同執行緒間同步手段的原語。我們討論的訊號量一般都包括二值訊號量和計數訊號量，而提及System V訊號量時指的是計數訊號量集，但是提及Poix 訊號量指的就是單個的計數訊號量。
對於系統中每一個訊號量集，核心維護了一個如下的資訊結構，定義在 sys/sem.h 標頭檔案中，

struct semid_ds {
    struct ipc_perm sem_perm;           /*  operation permission struct */
    struct sem *sem_base;               /*  ptr to
 
 array of semaphores in set */
    ushort sem_nsems;                   /*  number of sems in set */
    time_t sem_otime;                   /*  last operation time (semop)*/
    time_t sem_ctime;                   /*  time of creation or last IPC_SET */
};

其中，ipc_perm含有當前這個訊號量的訪問許可權（參考網編3.3節）;
sem結構是核心用於維護某個給定訊號量的一組值的資料結構，需要注意的是sem_base是指向sem結構陣列的指標，當前訊號量集中的每一個訊號量對應其中的一個數組元素，結構如下：

struct sem {
    unsigned short  semval;     /* semaphore value */
    pid_t       sempid;         /* pid of last operation */
    unsigned short  semncnt;    /* # awaiting semval > cval */
    unsigned short  semzcnt;    /* # awaiting semval == 0 */
};

我們假定訊號量集中有兩個訊號量，該訊號量集可以如下圖表示：

注：更詳細的資訊大家可以參考《Unix網路程式設計》

函式介紹

System V 訊號量涉及到的函式有：semget()、semctl()和semop()，下面我會一一介紹這幾個函式的使用。

semget()

#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
//返回：若成功則返回一個稱為訊號量識別符號的整數，semop和semctl函式
//都將使用它；失敗返回-1

功能：建立一個訊號量集或者開啟一個已存在的訊號量集；
引數：
key 是一個key_t型別的整數，我們通常使用ftok函式將一個已存在的路徑和一個整數識別符號轉換成一個key_t值，稱為IPC鍵（網編P27）；
nsems:訊號量集中訊號量的個數，如果是開啟一個訊號量集，nsems可以設定成0，訊號量集建立完成之後，我們不能改變其中的訊號量個數；
semflg:設定改訊號量集的訪問許可權（網編3.4、3.5節），該引數的讀寫許可權位存入sem_perm.mode；

struct ipc_perm
{
         uid_t           uid;            /* [XSI] Owner's user ID */
         gid_t           gid;            /* [XSI] Owner's group ID */
         uid_t           cuid;           /* [XSI] Creator's user ID */
         gid_t           cgid;           /* [XSI] Creator's group ID */
         mode_t          mode;           /* [XSI] Read/write permission */
         unsigned short  _seq;           /* Reserved for internal use */
         key_t           _key;           /* Reserved for internal use */
};

我們來建立一個訊號量：

key = ftok(".",'s');
/**
 * 建立一個訊號量
 */
int sem_create(key_t key){
    int semid;
    semid = semget(key,1,IPC_CREAT | 0666);  //1 訊號量集中只有一個訊號量，semflg還可以或上 IPC_EXCL 表示建立成功之後再次建立會失敗
    if (semid == -1){
        ERR_EXIT("semget");
    }
    return semid;
}

先看下有沒有訊號量集：

執行程式：

如果加上 IPC_EXCL，再次編譯執行程式：

我們看到，程式直接報錯了。
我們再寫一個開啟訊號量集的函式：

/**
 * 開啟一個訊號量
 */
int sem_open(key_t key){
    int sem_id;
    sem_id = semget(key,0,0);
    if(-1 == sem_id){
        ERR_EXIT("semget");
    }
    return sem_id;
}

當實際建立一個新的訊號量集時，相應的semid_ds結構的以下成員將被初始化：
1、sem_perm結構中的uid和cuid被設定成呼叫程序的有效使用者id，gid和guid被設定成呼叫程序的有效組id；
2、semflg引數的讀寫許可權位存入sem_perm.mode；
3、sem_otime被置為0，sem_ctime被置為當前時間；
4、sem_nsems被置為nests引數的值；
需要注意的是，與該集合中每個訊號量關聯的sem結構並不初始化，需要呼叫semctl函式進行初始化；

semctl（）

#include <sys/sem.h>
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, .../* union semun arg */);
//成功返回非負值，失敗返回-1

功能：對一個訊號量執行各種控制操作；
引數：
semid：待操作的訊號量集，即由semget返回的訊號量集識別符號；
semnum: 標識訊號量集中的某一個成員（0、1…知道nsems-1）；
cmd：將對訊號量執行的操作（如下）；
第四個引數是可選的，取決於cmd；

union semun {
    int     val;                /* value for SETVAL */
    struct semid_ds *buf;       /* buffer for IPC_STAT & IPC_SET */
    unsigned short  *array;     /* array for GETALL & SETALL */
};

GETVAL：把semval的當前值作為函式的返回值返回；
SETVAL：把semval的值設定成arg.val；
GETALL：返回訊號量集中每一個成員的semval的值，這些值通過arg.array指標返回；
SETALL：設定訊號量集中每一個訊號量的semval的值，這些值通過arg.array指標指定；
IPC_RMID：把由semid指定的訊號量集從系統中刪除；
IPC_SET：設定指定訊號量集中的semid_ds結構中的以下三位成員：sem_perm.uid、sem_perm.gid和sem_perm.mode，這些值來自由arg.buf引數指向的結構中的相應成員；
IPC_STAT：通過arg.buf引數返回指定訊號量集中的semid_ds結構；
現在，我們對訊號量集能做的操作更多了，例如：設定一個訊號量的值、獲取一個訊號量的值或者刪除一個訊號量集。

// 設定一個訊號量的值
int sem_setval(int semid,int val){
    union semun su;
    su.val = val;
    int ret;
    ret = semctl(semid,0,SETVAL,su);
    if(-1 == ret){
        ERR_EXIT("sem_setval");
    }
    return 0;
}
// 獲取一個訊號量的值
int sem_getval(int semid){
    int ret;
    ret = semctl(semid,0,GETVAL,0);
    if (-1 == ret){
        ERR_EXIT("sem_getval");
    }
    printf("current val is:%d\n",ret);
    return 0;
}
// 刪除一個訊號量集
int sem_d(int semid){
    int ret;
    ret = semctl(semid,0,IPC_RMID,0);
    if(-1 == ret){
        ERR_EXIT("sem_d");
    }
    return 0;
}