一、内核相关文件为include/linux/semaphore.h和kernel/semaphore.c
二、主要结构体：
struct semaphore {
raw_spinlock_t lock;
unsigned int count;
struct list_head wait_list;
};
结构体成员变量解读：
1、lock主要用于保护count和wait_list链表的访问；
2、count记录信号量等待进程的计数；
3、wait_list用于记录等待信号量的进程，串成一个链表来统一管理；
三、相关接口
1、初始化接口
static inline void sema_init(struct semaphore *sem, int val)
{
static struct lock_class_key __key;
*sem = (struct semaphore) __SEMAPHORE_INITIALIZER(*sem, val);
lockdep_init_map(&sem->lock.dep_map, "semaphore->lock", &__key, 0);
}
接口主要完成互斥锁、信号量计数初始值、链表头结点的初始化操作；
2、down信号量接口
获取信号量接口总共有五个：
extern void down(struct semaphore *sem); extern int __must_check down_interruptible(struct semaphore *sem); extern int __must_check down_killable(struct semaphore *sem); extern int __must_check down_trylock(struct semaphore *sem); extern int __must_check down_timeout(struct semaphore *sem, long jiffies);
1)down接口内核已不建议使用，按照内核发展趋势，将会逐步取消掉此接口；
2)down信号量接口，一般都建议使用down_interruptible，此接口将会把当前任务状态设置为TASK_INTERRUPTIBLE，意味着一旦满足条件，任务将会在设定的超时时间到来之前被调度；
3)down_killable:可被杀死地获取信号量。如果睡眠被致命信号中断，返回错误-EINTR；
4)down_trylock:此接口上来就去获取信号量，不会设置超时时间，不做任何等待，获取到就返回0，获取不到就返回1；
5)down_timeout：如果上来就获取到信号量，则直接返回，获取不到则睡眠等待设置的超时时间时长；
这五个接口，除了down_trylock，最终都调用了__down_common这个接口，只不过传入的参数不同而已
static noinline void __sched __down(struct semaphore *sem)
{
__down_common(sem, TASK_UNINTERRUPTIBLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
}
static noinline int __sched __down_interruptible(struct semaphore *sem)
{
return __down_common(sem, TASK_INTERRUPTIBLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
}
static noinline int __sched __down_killable(struct semaphore *sem)
{
return __down_common(sem, TASK_KILLABLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
}
static noinline int __sched __down_timeout(struct semaphore *sem, long jiffies)
{
return __down_common(sem, TASK_UNINTERRUPTIBLE, jiffies);
}
我们可以看一下__down_common这个接口：首先会把当前进程挂接到信号量的Wait_list链表中，然后会通过schedule_timeout调度其他进程，当前任务挂起；
struct semaphore_waiter {
struct list_head list;
struct task_struct *task;
int up;
};
static inline int __sched __down_common(struct semaphore *sem, long state,
long timeout)
{
struct task_struct *task = current;
struct semaphore_waiter waiter;
list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
waiter.task = task;
waiter.up = 0;
for (;;) {
if (signal_pending_state(state, task))
goto interrupted;
if (timeout <= 0)
goto timed_out;
__set_task_state(task, state);
raw_spin_unlock_irq(&sem->lock);
timeout = schedule_timeout(timeout);
raw_spin_lock_irq(&sem->lock);
if (waiter.up)
return 0;
}
timed_out:
list_del(&waiter.list);
return -ETIME;
interrupted:
list_del(&waiter.list);
return -EINTR;
}
3、释放信号量接口：此接口主要做了以下工作，首先判断当前信号量的wait_list是否为空，如果为空，即没有任何进程等待此信号量，则直接sem->count++，否则，则把wait_list中第一个节点摘除，通过wake_up_process放置到激活任务队列中，等待执行。
extern void up(struct semaphore *sem);
void up(struct semaphore *sem)
{
unsigned long flags;
raw_spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
if (likely(list_empty(&sem->wait_list)))
sem->count++;
else
__up(sem);
raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);
}
static noinline void __sched __up(struct semaphore *sem)
{
struct semaphore_waiter *waiter = list_first_entry(&sem->wait_list,
struct semaphore_waiter, list);
list_del(&waiter->list);
waiter->up = 1;
wake_up_process(waiter->task);
}