訊號量semaphore解析

1 基礎概念

訊號量在建立時須要設定乙個初始值，表示同一時候能夠有幾個任務能夠訪問該訊號量保護的共享資源。初始值為1就變成相互排斥鎖（mutex），即同一時候僅僅能有乙個任務能夠訪問訊號量保護的共享資源。

乙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。表示能夠獲得訊號量，因而能夠立馬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，假設訊號量的值為非正數。表明有任務等待當前訊號量，因此它也喚醒全部等待該訊號量的任務。

訊號量被看做乙個物件。包括乙個整型變數、乙個程序等待佇列和down（）up()操作函式，掛起的程序直接增加等待佇列，等待訊號量的釋放。這樣，程序間的上下文切換帶來了不小的開銷。針對要求時間效率的加鎖，特別是在多處理器的平台上，自旋鎖更合適。

自旋鎖沒有等待佇列。程序會在還有乙個程序上不斷自迴圈，等待該程序的自旋鎖的釋放，所以單處理器上不能夠用自旋鎖。

2 訊號量的api

eclare_mutex(name)

該巨集宣告乙個訊號量name並初始化它的值為0。即宣告乙個相互排斥鎖。

declare_mutex_locked(name)

該巨集宣告乙個相互排斥鎖name。但把它的初始值設定為0，即鎖在建立時就處在已鎖狀態。

因此對於這樣的鎖，通常是先釋放後獲得。

void sema_init (struct semaphore *sem, int val);

該函用於數初始化設定訊號量的初值。它設定訊號量sem的值為val。

void init_mutex (struct semaphore *sem);

該函式用於初始化乙個相互排斥鎖，即它把訊號量sem的值設定為1。

void init_mutex_locked (struct semaphore *sem);

該函式也用於初始化乙個相互排斥鎖，但它把訊號量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，它會導致睡眠，因此不能在中斷上下文（包含irq上下文和softirq上下文）使用該函式。該函式將把sem的值減1。假設訊號量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幹繼續執行。

int down_interruptible(struct semaphore * sem);

該函式功能與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，假設返回0。表示獲得訊號量正常返回，假設被訊號打斷。返回-eintr。

int down_trylock(struct semaphore * sem);

該函式試著獲得訊號量sem。假設可以立馬獲得，它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，它不會導致呼叫者睡眠，可以在中斷上下文使用。

void up(struct semaphore * sem);

該函式釋放訊號量sem，即把sem的值加1，假設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。