信号量的本质是一种数据操作锁，它本身不具有数据交换的功能，而是通过控制其他的通信资源（文件，外部设备）来实现进程间通信，它本身只是一种外部资源的标识。信号量在此过程中负责数据操作的互斥、同步等功能。
当请求一个使用信号量来表示的资源时，进程需要先读取信号量的值来判断资源是否可用。大于0，资源可以请求，等于0，无资源可用，进程会进入睡眠状态直至资源可用。
当进程不再使用一个信号量控制的共享资源时，信号量的值+1，对信号量的值进行的增减 操作均为原子操作，这是由于信号量主要的作用是维护资源的互斥或多进程的同步访问。 而在信号量的创建及初始化上，不能保证操作均为原子性。
这里主要讨论二进制信号量。
一、为什么要使用信号量
为了防止出现因多个程序同时访问一个共享资源而引发的一系列问题，我们需要一种方法，它可以通过生成并使用令牌来授权，在任一时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区域。临界区域是指执行数据更新的代码需要独占式地执行。而信号量就可以提供这样的一种访问机制，让一个临界区同一时间只有一个线程在访问它，也就是说信号量是用来调协进程对共享资源的访问的。
二、信号量的工作原理
由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号，即P(sv)和V(sv),他们的行为是这样的：
P(sv)：如果sv的值大于零，就给它减1；如果它的值为零，就挂起该进程的执行
V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待sv而挂起，就给它加1.
举个例子，就是两个进程共享信号量sv，一旦其中一个进程执行了P(sv)操作，它将得到信号量，并可以进入临界区，
使sv减1。而第二个进程将被阻止进入临界区，因为当它试图执行P(sv)时，sv为0，它会被挂起以等待第一个进程离开临界区域
并执行V(sv)释放信号量，这时第二个进程就可以恢复执行。
三、Linux的信号量机制
Linux提供了一组精心设计的信号量接口来对信号进行操作，它们不只是针对二进制信号量，下面将会对这些函数进行介绍，但请注意，这些函数都是用来对成组的信号量值进行操作的。它们声明在头文件sys/sem.h中。
1、semget函数
它的作用是创建一个新信号量或取得一个已有信号量，原型为：
第一个参数key是整数值（唯一非零），不相关的进程可以通过它访问一个信号量，它代表程序可能要使用的某个资源，程序对所有
信号量的访问都是间接的，程序先通过调用semget函数并提供一个键，再由系统生成一个相应的信号标识符（semget函数的返回值），
只有semget函数才直接使用信号量键，所有其他的信号量函数使用由semget函数返回的信号量标识符。如果多个程序使用相同的key值，
key将负责协调工作。
第二个参数num_sems指定需要的信号量数目，它的值几乎总是1。
第三个参数sem_flags是一组标志，当想要当信号量不存在时创建一个新的信号量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。设置了
IPC_CREAT标志后，即使给出的键是一个已有信号量的键，也不会产生错误。而IPC_CREAT | IPC_EXCL则可以创建一个新的，唯
一的信号量，如果信号量已存在，返回一个错误。同时可以在创建的时候设置其权限,比如0x644。
semget函数成功返回一个相应信号标识符（非零），失败返回-1.
2、semop函数
它的作用是改变信号量的值，原型为：
sem_id是由semget返回的信号量标识符，sembuf结构的定义如下：
[cpp] view
plain copy
- struct sembuf{
- short sem_num;//信号量的个数
- 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
- };
3、semctl函数
该函数用来初始化或者删除信号量信息，它的原型为：
如果有第四个参数，它通常是一个union semum结构，定义如下：
前两个参数与前面一个函数中的一样，command通常是下面两个值中的其中一个
SETVAL：用来把信号量初始化为一个已知的值。p 这个值通过union semun中的val成员设置，其作用是在信号量第一次使用前对它进行设置。
IPC_RMID：用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符。
四、进程使用信号量通信
下面使用一个例子来说明进程间如何使用信号量来进行通信，这个例子是两个进程同时向屏幕输出数据，我们可以看到如何使用信号量来使两个进程协调工作，使同一时间只有一个进程可以向屏幕输出数据。父进程负责信号量的创建和删除，子进程不需要创建只需要获取信号量即可。切记，要删除信号量如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发问题，而且信号量是一种有限的资源。
查看信号量：
ipcs -s
删除信号量：
ipcrm -s sem_id（信号量id）
程序代码：
comm.h（头文件）
comm.c
测试文件1（不使用信号量）
#include "comm.h"int main(){//int sem_id = create_sem_set(1);//init_sem_set(sem_id,0,1);pid_t id =fork();if(id < 0){perror("fork");return -1;}if(id == 0){//child// int c_sem_id = get_sem_set();while(1){//P(c_sem_id,0);printf("A");fflush(stdout);usleep(rand()%12345);printf("A");fflush(stdout);usleep(rand()%12354);//V(c_sem_id ,0);}}else{//fatherwhile(1){//P(sem_id,0);printf("B");fflush(stdout);usleep(rand()%123455);printf("B");fflush(stdout);usleep(rand()%123564);//V(sem_id ,0);}wait(NULL);//destory_sem_set(sem_id);}return 0;}
运行效果图
测试文件2（使用信号量）
#include "comm.h"int main(){int sem_id = create_sem_set(1);init_sem_set(sem_id,0,1);pid_t id =fork();if(id < 0){perror("fork");return -1;}if(id == 0){//childint c_sem_id = get_sem_set();while(1){P(c_sem_id,0);printf("A");fflush(stdout);usleep(rand()%12345);printf("A");fflush(stdout);usleep(rand()%12354);V(c_sem_id ,0);}}else{//fatherwhile(1){P(sem_id,0);printf("B");fflush(stdout);usleep(rand()%123455);printf("B");fflush(stdout);usleep(rand()%123564);V(sem_id ,0);}wait(NULL);destory_sem_set(sem_id);}return 0;}
运行效果图
六、信号量的总结
信号量是一个特殊的变量，程序对其访问都是原子操作，且只允许对它进行等待（即P(信号变量))和发送（即V(信号变量))信息操作。我们通常通过信号来解决多个进程对同一资源的访问竞争的问题，使在任一时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区域，也可以说它是协调进程间的对同一资源的访问权，也就是用于同步进程的。
若通过kill命令把其中一个进程杀死，且该进程还没有执行V操作释放资源。若使用SEM_UNDO标志，则操作系统将自动释放该进程持有的信号量，从而使得另外一个进程可以继续工作。若没有这个标志，另外进程将P操作永远阻塞。
因此，一般建议使用SEM_UNDO标志。
注意：
1、在System V标准中创建和初始化分离，一定要初始化否则会引发错误。
2、System V可以一次创建多个信号量，称为信号量集，用数组的下标来访问，初始化时可以批量化的操作。