Linux信号量机制分析

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说明：

1. Kernel版本：4.14
2. ARM64处理器，Contex-A53，双核
3. 使用工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 概述

• 信号量semaphore，是操作系统中一种常用的同步与互斥的机制；
• 信号量允许多个进程（计数值>1）同时进入临界区；
• 如果信号量的计数值为1，一次只允许一个进程进入临界区，这种信号量叫二值信号量；
• 信号量可能会引起进程睡眠，开销较大，适用于保护较长的临界区；
• 与读写自旋锁类似，linux内核也提供了读写信号量的机制；

本文将分析信号量与读写信号量的机制，开始吧。

2. 信号量

2.1 流程分析

• 可以将信号量比喻成一个盒子，初始化时在盒子里放入N把钥匙，钥匙先到先得，当N把钥匙都被拿走完后，再来拿钥匙的人就需要等待了，只有等到有人将钥匙归还了，等待的人才能拿到钥匙；

信号量的实现很简单，先看一下数据结构：

    struct semaphore {
    	raw_spinlock_t		lock;       //自旋锁，用于count值的互斥访问
    	unsigned int		count;      //计数值，能同时允许访问的数量，也就是上文中的N把锁
    	struct list_head	wait_list;      //不能立即获取到信号量的访问者，都会加入到等待列表中
    };
    
    struct semaphore_waiter {
    	struct list_head list;      //用于添加到信号量的等待列表中
    	struct task_struct *task;   //用于指向等待的进程，在实际实现中，指向current
    	bool up;                    //用于标识是否已经释放
    };

流程如下：

• down接口用于获取信号量，up用于释放信号量；
• 调用down时，如果sem->count > 0时，也就是盒子里边还有多余的锁，直接自减并返回了，当sem->count == 0时，