linux同步機制之訊號量down 和up
訊號量（semaphore）
Linux核心的訊號量在概念和原理上和使用者態的System V的IPC機制訊號量是相同的，不過他絕不可能在核心之外使用，因此他和System V的IPC機制訊號量毫不相干。
訊號量在建立時需要設定一個初始值，表示同時能有幾個任務能訪問該訊號量保護的共享資源，初始值為1就變成互斥鎖（Mutex），即同時只能有一個任務能訪問訊號量保護的共享資源。
一個任務要想訪問共享資源，首先必須得到訊號量，獲取訊號量的操作將把訊號量的值減1，若當前訊號量的值為負數，表明無法獲得訊號量，該任務必須掛起在 該訊號量的等待佇列等待該訊號量可用；若當前訊號量的值為非負數，表示能獲得訊號量，因而能即時訪問被該訊號量保護的共享資源。
當任務訪問完被訊號量保護的共享資源後，必須釋放訊號量，釋放訊號量通過把訊號量的值加1實現，如果訊號量的值為非正數，表明有任務等待當前訊號量，因此他也喚醒所有等待該訊號量的任務。
訊號量的API有：
DECLARE_MUTEX(name)
該巨集宣告一個訊號量name並初始化他的值為1，即宣告一個互斥鎖。
DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)
該巨集宣告一個互斥鎖name，但把他的初始值設定為0，即鎖在建立時就處在已鎖狀態。因此對於這種鎖，一般是先釋放後獲得。
void sema_init (struct semaphore *sem, int val);
該函用於數初始化設定訊號量的初值，他設定訊號量sem的值為val。
void init_MUTEX (struct semaphore *sem);
該函式用於初始化一個互斥鎖，即他把訊號量sem的值設定為1。
void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem);
該函式也用於初始化一個互斥鎖，但他把訊號量sem的值設定為0，即一開始就處在已鎖狀態。
void down(struct semaphore * sem);
該函式用於獲得訊號量sem，他會導致睡眠，因此不能在中斷上下文（包括IRQ上下文和softirq上下文）使用該函式。該函式將把sem的值減1，如果訊號量sem的值非負，就直接返回，否則呼叫者將被掛起，直到別的任務釋放該訊號量才能繼續執行。
int down_interruptible(struct semaphore * sem);
該函式功能和down類似，不同之處為，down不會被訊號（signal）打斷，但down_interruptible能被訊號打斷，因此該函式有返回值來區分是正常返回還是被訊號中斷，如果返回0，表示獲得訊號量正常返回，如果被訊號打斷，返回-EINTR。
int down_trylock(struct semaphore * sem);
該函式試著獲得訊號量sem，如果能夠即時獲得，他就獲得該訊號量並返回0，否則，表示不能獲得訊號量sem，返回值為非0值。因此，他不會導致呼叫者睡眠，能在中斷上下文使用。
int down_killable(struct semaphore *sem);
int down_timeout(struct semaphore *sem, long jiffies);
int down_timeout_interruptible(struct semaphore *sem, long jiffies);
void up(struct semaphore * sem);
該函式釋放訊號量sem，即把sem的值加1，如果sem的值為非正數，表明有任務等待該訊號量，因此喚醒這些等待者。
訊號量在絕大部分情況下作為互斥鎖使用，下面以console驅動系統為例說明訊號量的使用。
在核心原始碼樹的kernel/printk.c中，使用巨集DECLARE_MUTEX聲明瞭一個互斥鎖console_sem，他用於保護console驅動列表console_drivers及同步對整個console驅動系統的訪問。
其中定義了函式acquire_console_sem來獲得互斥鎖console_sem，定義了release_console_sem來釋放互斥 鎖console_sem，定義了函式try_acquire_console_sem來盡力得到互斥鎖console_sem。這三個函式實際上是分別 對函式down，up和down_trylock的簡單包裝。
需要訪問console_drivers驅動列表時就需要使用acquire_console_sem來保護console_drivers列表，當訪問完該列表後，就呼叫release_console_sem釋放訊號量console_sem。
函式 console_unblank，console_device，console_stop，console_start，register_console 和unregister_console都需要訪問console_drivers，因此他們都使用函式對acquire_console_sem和 release_console_sem來對console_drivers進行保護。
入淺出down_interruptible函式
int down_interruptible(struct semaphore *sem)這個函式的功能就是獲得訊號量，如果得不到訊號量就睡眠，此時沒有訊號打斷，那麼進入睡眠。但是在睡眠過程中可能被訊號打斷，打斷之後返回-EINTR，主要用來程序間的互斥同步。
下面是該函式的註釋：
/**
* down_interruptible - acquire the semaphore unless interrupted
* @sem: the semaphore to be acquired
*
* Attempts to acquire the semaphore. If no more tasks are allowed to
* acquire the semaphore, calling this function will put the task to sleep.
* If the sleep is interrupted by a signal, this function will return -EINTR.
* If the semaphore is successfully acquired, this function returns 0.
*/
一個程序在呼叫down_interruptible()之後，如果sem<0，那麼就進入到可中斷的睡眠狀態並排程其它程序執行， 但是一旦該程序收到訊號，那麼就會從down_interruptible函式中返回。並標記錯誤號為:-EINTR。一個形象的比喻：傳入的訊號量為1好比天亮，如果當前訊號量為0，程序睡眠，直到（訊號量為1）天亮才醒，但是可能中途有個鬧鈴（訊號）把你鬧醒。又如：小強下午放學回家，回家了就要開始吃飯嘛，這時就會有兩種情況：情況一：飯做好了，可以開始吃；情況二：當他到廚房去的時候發現媽媽還在做，媽媽就對他說：“你先去睡會，待會做好了叫你。”小強就答應去睡會，不過又說了一句：“睡的這段時間要是小紅來找我玩，你可以叫醒我。”小強就是down_interruptible，想吃飯就是獲取訊號量，睡覺對應這裡的休眠，而小紅來找我玩就是中斷休眠。
使用可被中斷的訊號量版本的意思是，萬一出現了semaphore的死鎖，還有機會用ctrl+c發出軟中斷，讓等待這個核心驅動返回的使用者態程序退出。而不是把整個系統都鎖住了。在休眠時，能被中斷訊號終止，這個程序是可以接受中斷訊號的！比如你在命令列中輸入# sleep 10000，按下ctrl + c，就給上面的程序傳送了程序終止訊號。訊號傳送給使用者空間，然後通過系統呼叫，會把這個訊號傳給遞給驅動。訊號只能傳送給使用者空間，無權直接傳送給核心的，那1G的核心空間，我們是無法直接去操作的。