信号量：是一种计数器，代表空闲的可用资源的数目。信号量本身也是临界资源，对临界资源进行保护。
由于是用于同步与互斥的，下面来看看同步与互斥的概念。
同步：直接制约关系，指多个进程（或线程）为了合作完成任务，必须按照规定的次序来运行。
互斥：间接制约关系，指系统中的某些共享资源，一次只能允许一个线程访问，当一个线程正在访问该临界资源时，其他的线程必须等待。
临界资源：系统中的某些资源一次只允许一个进程使用，称这些资源为临界资源或互斥资源。
临界区：在进程中涉及到互斥资源的程序段为临界区。
进程同步的前提条件：保证数据安全。
信号量与P、V原语：
P:表示申请资源
V：表示释放资源
.信号量：
1. 互斥：P、V在同一个进程中。
2. 同步：P、V不在同一个进程中。
信号量值的含义：
- S>0:S表示可用资源的个数。
- S=0：表示无可用资源，无等待进程。
- S<0：S的绝对值表示等待队列中进程个数。
信号量结构体伪代码：
struct semaphore
{
int value;
pointer_PCB queue;
}信号量为一个整数，我们设这个信号量为：sem。很显然，我们规定在sem大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源实体数，sem小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值大于零。
p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass,V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。
P原语操作的动作是：
（1） sem减1；
（2） 若sem减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；
（3）若sem减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。
P(s)
{
s.value=s.value--;//申请了资源
if(s.value<0)
{
该进程状态置为等待状态
将该进程的PCB插入相应的等待队列s.queue末尾
}
}V原语操作的动作是：
（1） sem加1；
（2） 若相加结果大于零，则进程继续执行；
（3）若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
V原语：
V(s)
{
s.value=s.value++;//释放了资源
if(s.value<=0)
{
唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程
改变其状态为就绪态
并将其插入就绪队列
}
}信号量集：
POSIX IPC标准对信号量的的要求并不高:信号量(sem_init)、命名信号量(sem_open);
System V IPC要求信号量必须是一个集合,即:信号量集;
信号量集和信号量一样,都是为了控制多个进程对共享资源的同步访问而引入的同步对象;System V IPC中规定:不能只单独定义一个信号量,而是只能定义一个信号量的集合,即:信号量集,其中包含一组信号量,同一信号量集中的多个信号量使用同一个唯一的ID来引用,这样做的目的是为了对多个共享资源进行同步控制的需要。
信号量集结构：
struct semid_ds{
struct ipc_perm sem_perm;
time_t sem_otime;//最后一次semop()操作的时间 */
time_t sem_ctime;//最后一次改动此数据结构的时间 */
unsigned short sem_nsems;//信号量集(数组)中的信号量的个数 */
};信号量集函数：
1.semget函数：
- 功能：用来创建和访问一个信号量集
函数原型：
int semget(key_t key,int nsems,int semflg);参数：
| 参数 | 作用 |
|---|---|
| key | 信号集的名字 |
| nsems | 信号集中信号的个数 |
| semflg | 由9个权限标志构成，他们的用法和创建和mode 模式标志一样 |
4. 返回值：成功返回一个非负整数，即该信号集标识码；失败返回-1.
2.semctl函数：
- 功能：用于控制信号量集
- 原型：
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>int semctl(int semid,int semum,int cmd,...)
3. 参数：
| 参数 | 作用 |
|---|---|
| semid | 由semget函数返回的信号集标识码 |
| semum | 信号集中信号量的序号 |
| cmd | 将要采取的动作 |
如果有第四个参数，它通常是一个union semum结构，定义如下：
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
4. 返回值：成功返回0，失败返回-1.
5. cmd的可取值：
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| SETVAL | 设置信号量集中的信号量的计数值 |
| GETVAL | 获取信号量集中的信号量的计数值 |
| IPC_STAT | 把semid_ds结构中的数据设置为信号集的当前关联值 |
| IPC_SET | 在进程有足够权限的前提下，把信号集的当前关联值设置为semid_ds数据结构中给出的值 |
| IPC_RMID | 删除信号集 |
3.semop函数：
- 功能：改变信号量的值
- 原型：
int semop(int semid,struct sembuf*sops,unsigned nsops); - 参数：
| 参数 | 作用 |
|---|---|
| semid | 由semget函数返回的信号集标识码 |
| sops | 是个指向一个结构数值的指针 |
| nsops | 信号量的个数 |
struct sembuf{
short sem_num; // 信号量的编号
short sem_op; // 信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P（等待）操作，
// 一个是+1，即V（发送信号）操作。
short sem_flg; // 通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，
// 并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量
};返回值：成功返回0，失败返回-1.
代码展示：
comm.h:
1 #pragma once
2 #include<stdio.h>
3 #include <sys/types.h>
4 #include <sys/ipc.h>
5 #include <sys/sem.h>
6
7 #define PATHNAME "."
8 #define PROJ_ID 0x6666
9
10 union semun {
11 int val;
12 struct semid_ds *buf;
13 unsigned short *array;
14 struct seminfo *__buf;
15 };
16
17 int commSemset(int nsems,int flags);
18 int createSemset(int nsems);//创建
19 int getSemset(int nsems);//获取
20 int commPV(int semid,int who,int op);
21 int initSemset(int semid,int semnum,int initval);//初始化
22 int P(int semid,int who);
23 int V(int semid,int who);
24 int destroySemset(int semid,int semum);
~ comm.c:
#include"comm.h"
2 int commSemset(int nsems,int flags)
3 {
4 key_t key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
5 if(key<0){
6 perror("ftok");
7 return -1;
8 }
9 int semid=semget(key,nsems,flags);
10 if(semid<0){
11 perror("semget");
12 return -1;
13 }
14 return semid;
15 }
16 int createSemset(int nsems)
17 {
18 return commSemset(nsems,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
19 }
20 int getSemset(int nsems)
21 {
22 return commSemset(nsems,IPC_CREAT);
23 }
24 int initSemset(int semid,int semnum,int initval)
25 {
26 union semun un;
27 un.val=initval;
28 int ret=semctl(semid,semnum,SETVAL,un);
29 if(ret<0){
30 perror("semctl");
31 return -1;
32 }
33 return 0;//sucess
34 }
35 int commPV(int semid,int who,int op)
36 {
37 struct sembuf buf;
38 buf.sem_num=who;
39 buf.sem_flg=0;
40 buf.sem_op=op;
41 if(semop(semid,&buf,1)<0){
42 perror("semop");
43 return -1;
44 }
45 return 0;
46 }
47 int P(int semid,int who)
48 {
49 return commPV(semid,who,-1);
50 }
51 int V(int semid,int who)
52 {
53 return commPV(semid,who,1);
54 }
55 int destroySemset(int semid,int semnum)
56 {
57 int ret=semctl(semid,semnum,IPC_RMID);
58 if(ret<0){
59 perror("semctl");
60 return -1;
61 }
62 }
63
sem.c：
#include"comm.h"
2
3 int main()
4 {
5 int semid=createSemset(1);
6 initSemset(semid,0,1);
7 pid_t pid=fork();
8 if(pid==0){//child
9 int _semid=getSemset(1);//该函数的参数不能大于createSemSet的参数值
10 while(1){
11 P(_semid,0);
12 printf("A");
13 fflush(stdout);
14 sleep(1);
15 printf("A");
16 fflush(stdout);
17 sleep(1);
18 V(_semid,0);
19 }
20 }
21 else{
22 while(1){
23 P(semid,0);
24 printf("B");
25 fflush(stdout);
26 sleep(1);
27 printf("B");
28 fflush(stdout);
29 sleep(1);
30 V(semid,0);
31 }
32 wait(NULL);
33 }
34 destroySemset(semid,0);
35 return 0;
36 }我们在加上 P V 操作，用二元信号量保护临界资源（显示器），就不会出现交叉现象了。
若是去掉P、V操作，则出现交叉的情况：
ipcs -s :显示信号量集
ipcrm -s+semid / ipcrm -S+key：删除信号量集