7.5.1 信号量的使用

信号量（semaphore）是用于保护临界区的一种常用方法，它的使用方式和自旋锁类似。与自旋锁相同，只有得到信号量的进程才能执行临界区代码。但是，与自旋锁不同的是，当获取不到信号量时，进程不会原地打转而是进入休眠等待状态。

Linux中与信号量相关的操作主要有：

1．定义信号量

下列代码定义名称为sem的信号量：

struct semaphore sem;

2．初始化信号量

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

该函数初始化信号量，并设置信号量sem的值为val。尽管信号量可以被初始化为大于1的值从而成为一个计数信号量，但是它通常不被这样使用。

define init_MUTEX(sem) sema_init(sem, 1)

该宏用于初始化一个用于互斥的信号量，它把信号量sem的值设置为1；

define init_MUTEX_LOCKED(sem) sema_init(sem, 0)

该宏也用于初始化一个信号量，但它把信号量sem的值设置为0；

此外，下面两个宏是定义并初始化信号量的“快捷方式”：

DECLARE_MUTEX(name)

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)

前者定义一个名为name的信号量并初始化为1；后者定义一个名为name的信号量并初始化为0。

3．获得信号量

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使用；

int down_interruptible(struct semaphore * sem);

该函数功能与down类似，不同之处为，因为down()而进入睡眠状态的进程不能被信号打断，但因为down_interruptible()而进入睡眠状态的进程能被信号打断，信号也会导致该函数返回，这时候函数的返回值非0；

int down_trylock(struct semaphore * sem);

该函数尝试获得信号量sem，如果能够立刻获得，它就获得该信号量并返回0，否则，返回非0值。它不会导致调用者睡眠，可以在中断上下文使用。

在使用down_interruptible()获取信号量时，对返回值一般会进行检查，如果非0，通常立即返回- ERESTARTSYS，如：

if (down_interruptible(&sem))

return - ERESTARTSYS;

4．释放信号量

void up(struct semaphore * sem);

该函数释放信号量sem，唤醒等待者。信号量一般这样被使用：

/* 定义信号量

DECLARE_MUTEX(mount_sem);

down(&mount_sem);/* 获取信号量，保护临界区

. . .

critical section /* 临界区

. . .

up(&mount_sem);/* 释放信号量

Linux自旋锁和信号量所采用的“获取锁—访问临界区—释放锁”的方式，姑且称之为“互斥三部曲”，实际存在于几乎所有的多任务操作系统之中，在WIN32、VxWorks等中皆如此。

代码清单7.3给出了使用信号量实现设备只能被一个进程打开的例子，等同于代码清单7.1 和7.2。

代码清单7.3 使用信号量实现设备只能被一个进程打开

1 static DECLARE_MUTEX(xxx_lock);/* 定义互斥锁

2

3 static int xxx_open(struct inode inode, struct file filp)

4 {

5 ...

6 if (down_trylock(&xxx_lock)) /* 获得打开锁

7 return - EBUSY; /* 设备忙

8 ...

9 return 0; / 成功 /

10 }

11

12 static int xxx_release(struct inode inode, struct file filp)

13 {

14 up(&xxx_lock); /* 释放打开锁

15 return 0;

16 }