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信号量

信号量允许多个进程同时进入临界区，大多数情况下只允许一个进程进入临界区，把信号量的计数值设置为1，即二值信号量，这种信号量称为互斥信号量。 和自旋锁相比，信号量适合保护比较长的临界区，因为竞争信号量时进程可能睡眠和再次唤醒，代价很高。 内核使用的信号量定义如下。

include/linux/semaphore.h
struct semaphore {
     raw_spinlock_t   lock;
     unsigned int     count;
     struct list_head wait_list;
};

成员lock是自旋锁，用来保护信号量的其他成员。 成员count是计数值，表示还可以允许多少个进程进入临界区。 成员wait_list是等待进入临界区的进程链表。 初始化静态信号量的方法如下。 （1）__SEMAPHORE_INITIALIZER(name, n)：指定名称和计数值，允许n个进程同时进入临界区。

（2）DEFINE_SEMAPHORE(name)：初始化一个互斥信号量。 在运行时动态初始化信号量的方法如下：static inline void sema_init(struct semaphore *sem, int val); 参数val指定允许同时进入临界区的进程数量。 获取信号量的函数如下。

（1）void down(struct semaphore *sem); 获取信号量，如果计数值是0，进程深度睡眠。

（2）int down_interruptible(struct semaphore *sem); 获取信号量，如果计数值是0，进程轻度睡眠。

（3）int down_killable(struct semaphore *sem); 获取信号量，如果计数值是0，进程中度睡眠。

（4）int down_trylock(struct semaphore *sem); 获取信号量，如果计数值是0，进程不等待。

（5）int down_timeout(struct semaphore *sem, long jiffies); 获取信号量，指定等待的时间。

释放信号量的函数如下：void up(struct semaphore *sem);

读写信号量

读写信号量是对互斥信号量的改进，允许多个读者同时进入临界区，读者和写者互斥，写者和写者互斥，适合在以读为主的情况使用。 读写信号量的定义如下：

include/linux/rwsem.h
struct rw_semaphore {
     atomic_long_t count;
     struct list_head wait_list;
     raw_spinlock_t wait_lock;
     struct task_struct *owner;
     …
};

初始化静态读写信号量的方法如下：DECLARE_RWSEM(name); 在运行时动态初始化读写信号量的方法如下：init_rwsem(sem); 申请读锁的函数如下。

（1）void down_read(struct rw_semaphore *sem)； 申请读锁，如果写者占有写锁或者正在等待写锁，那么进程深度睡眠。

（2）int down_read_trylock(struct rw_semaphore * sem)； 尝试申请读锁，不会等待。如果申请成功，返回1；否则返回0。 释放读锁的函数如下：void up_read(struct rw_semaphore *sem); 申请写锁的函数如下。

（1）void down_write(struct rw_semaphore *sem); 申请写锁，如果写者占有写锁或者读者占有读锁，那么进程深度睡眠。

（2）int down_write_killable(struct rw_semaphore *sem); 申请写锁，如果写者占有写锁或者读者占有读锁，那么进程中度睡眠。

（3）int down_write_trylock(struct rw_semaphore *sem); 尝试申请写锁，不会等待。如果申请成功，返回1；否则返回0。 占有写锁以后，可以把写锁降级为读锁，函数如下：void downgrade_write(struct rw_semaphore *sem);

释放写锁的函数如下：void up_write(struct rw_semaphore *sem);