這篇文章將講述別一種程序間通訊的機制——訊號量。注意請不要把它與之前所說的訊號混淆起來，訊號與訊號量是不同的兩種事物。有關訊號的更多內容，可以閱讀我的另一篇文章：Linux程序間通訊 -- 訊號。下面就進入訊號量的講解。

一、什麼是訊號量

為了防止出現因多個程式同時訪問一個共享資源而引發的一系列問題，我們需要一種方法，它可以通過生成並使用令牌來授權，在任一時刻只能有一個執行執行緒訪問程式碼的臨界區域。臨界區域是指執行資料更新的程式碼需要獨佔式地執行。而訊號量就可以提供這樣的一種訪問機制，讓一個臨界區同一時間只有一個執行緒在訪問它，也就是說訊號量是用來調協程序對共享資源的訪問的。

訊號量是一個特殊的變數，程式對其訪問都是原子操作，且只允許對它進行等待（即P(訊號變數))和傳送（即V(訊號變數))資訊操作。最簡單的訊號量是隻能取0和1的變數，這也是訊號量最常見的一種形式，叫做二進位制訊號量。而可以取多個正整數的訊號量被稱為通用訊號量。這裡主要討論二進位制訊號量。

二、訊號量的工作原理

由於訊號量只能進行兩種操作等待和傳送訊號，即P(sv)和V(sv),他們的行為是這樣的：

P(sv)：如果sv的值大於零，就給它減1；如果它的值為零，就掛起該程序的執行

V(sv)：如果有其他程序因等待sv而被掛起，就讓它恢復執行，如果沒有程序因等待sv而掛起，就給它加1.

舉個例子，就是兩個程序共享訊號量sv，一旦其中一個程序執行了P(sv)操作，它將得到訊號量，並可以進入臨界區，使sv減1。而第二個程序將被阻止進入臨界區，因為當它試圖執行P(sv)時，sv為0，它會被掛起以等待第一個程序離開臨界區域並執行V(sv)釋放訊號量，這時第二個程序就可以恢復執行。

三、Linux的訊號量機制

Linux提供了一組精心設計的訊號量介面來對訊號進行操作，它們不只是針對二進位制訊號量，下面將會對這些函式進行介紹，但請注意，這些函式都是用來對成組的訊號量值進行操作的。它們宣告在標頭檔案sys/sem.h中。

1、semget()函式

它的作用是建立一個新訊號量或取得一個已有訊號量，原型為：

int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

第一個引數key是整數值（唯一非零），不相關的程序可以通過它訪問一個訊號量，它代表程式可能要使用的某個資源，程式對所有訊號量的訪問都是間接的，程式先通過呼叫semget()函式並提供一個鍵，再由系統生成一個相應的訊號識別符號（semget()函式的返回值），只有semget()函式才直接使用訊號量鍵，所有其他的訊號量函式使用由semget()函式返回的訊號量識別符號。如果多個程式使用相同的key值，key將負責協調工作。

第二個引數num_sems指定需要的訊號量數目，它的值幾乎總是1。

第三個引數sem_flags是一組標誌，當想要當訊號量不存在時建立一個新的訊號量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。設定了IPC_CREAT標誌後，即使給出的鍵是一個已有訊號量的鍵，也不會產生錯誤。而IPC_CREAT | IPC_EXCL則可以建立一個新的，唯一的訊號量，如果訊號量已存在，返回一個錯誤。

semget()函式成功返回一個相應訊號識別符號（非零），失敗返回-1.

2、semop()函式

它的作用是改變訊號量的值，原型為：

int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);

sem_id是由semget()返回的訊號量識別符號，sembuf結構的定義如下：

3、semctl()函式

該函式用來直接控制訊號量資訊，它的原型為：

int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);

如果有第四個引數，它通常是一個union semum結構，定義如下：

前兩個引數與前面一個函式中的一樣，command通常是下面兩個值中的其中一個

SETVAL：用來把訊號量初始化為一個已知的值。p 這個值通過union semun中的val成員設定，其作用是在訊號量第一次使用前對它進行設定。

IPC_RMID：用於刪除一個已經無需繼續使用的訊號量識別符號。

四、程序使用訊號量通訊

下面使用一個例子來說明程序間如何使用訊號量來進行通訊，這個例子是兩個相同的程式同時向螢幕輸出資料，我們可以看到如何使用訊號量來使兩個程序協調工作，使同一時間只有一個程序可以向螢幕輸出資料。注意，如果程式是第一次被呼叫（為了區分，第一次呼叫程式時帶一個要輸出到螢幕中的字元作為一個引數），則需要呼叫set_semvalue()函式初始化訊號並將message字元設定為傳遞給程式的引數的第一個字元，同時第一個啟動的程序還負責訊號量的刪除工作。如果不刪除訊號量，它將繼續在系統中存在，即使程式已經退出，它可能在你下次執行此程式時引發問題，而且訊號量是一種有限的資源。

在main函式中呼叫semget()來建立一個訊號量，該函式將返回一個訊號量識別符號，保存於全域性變數sem_id中，然後以後的函式就使用這個識別符號來訪問訊號量。

原始檔為seml.c，程式碼如下：