(笔记)Linux信号（signal) 机制和信号量（semaphore）机制的区别

字面上相似，但是本质上存在巨大的差别！

一、Linux信号（signal) 机制
signal，又简称为信号（软中断信号 ）用来通知进程发生了异步事件。

原理：
一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。信号机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。

分类：

从两个不同的分类角度对信号进行：

可靠性方面：可靠信号与不可靠信号；

与时间的关系上：实时信号与非实时信号。

二、Linux信号量（semaphore）机制
Linux内核的信号量用来操作系统进程间同步访问共享资源。

原理：

信号量在创建时需要设置一个初始值，表示同时可以有几个任务可以访问该信号量保护的共享资源，初始值为1就变成互斥锁（Mutex），即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。
一个任务要想访问共享资源，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，表示可以获得信号量，因而可以立刻访问被该信号量保护的共享资源。
当任务访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，如果信号量的值为非正数，表明有任务等待当前信号量，因此它也唤醒所有等待该信号量的任务。

常用的信号量的API：

DECLARE_MUTEX(name)
　　该宏声明一个信号量name并初始化它的值为0，即声明一个互斥锁。

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)
　　该宏声明一个互斥锁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。因此对于这种锁，一般是先释放后获得。

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互斥锁，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互斥锁，但它把信号量sem的值设置为0，即一开始就处在已锁状态。

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（包括IRQ上下文和softirq上下文）使用该函数。该函数将把sem的值减1，如果信号量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能继续运行。

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，如果返回0，表示获得信号量正常返回，如果被信号打断，返回-EINTR。

int down_trylock(struct semaphore * sem);
　　该函数试着获得信号量sem，如果能够立刻获得，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，如果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。

三、总结

• 信号量主要是解决互斥问题而诞生的，基本原则是在多个相互合作的进程之间使用简单的信号来同步。一个进程强制地被停止在一个特定的地方直到收到一个专门的信号。这个信号就是后来的“信号量”。

一个信号量被定义为一个整型变量,在其上定义了以下三个操作。

(1) 可以被“初始化”为一个非负数。

(2) wait 操作(也被称为 P 操作)。将信号量值减 1后,若该值为负，则执行 wait 操作的进程等待。

(3)signal 操作(也被称为 V 操作)。将信号量值增 1后,若该值非正，则执行 signal 操作的进程唤醒等待进程(唤醒动作只用于阻塞等待情况)。

• 信号又叫作软中断。它是 UNIX 向进程提供的又一种通信机制。利用它，进程之间可以发送少量信息并进行适当处理。同组进程之间可以互相发送信号,而内核也可以从内部发信号给进程。所谓软中断信号,就是向某进程 proc 中的P_sig 变量送入一个 0~19 的整数。

四、实例

信号量在绝大部分情况下作为互斥锁使用，下面以console驱动系统为例说明信号量的使用。

在内核源码树的kernel/printk.c中，使用宏DECLARE_MUTEX声明了一个互斥锁console_sem，它用于保护console驱动列表console_drivers以及同步对整个console驱动系统的访问。

原文链接：https://blog.csdn.net/langjian2012/article/details/39717903