linux POSIX semaphore

该讨论基于linux操作系统，其他Unix系统可能不适用

信号量分有名信号量、无名信号量，此处先讨论有名信号量
1、sem_t *sem_open(const char *name, int flag, mode_t mode, unsigned int value);
    用于打开一个信号量，该信号量用参数name进行标示，指定同一个name调用sem_open()即可在多个进程间共享该信号量
    name：格式为"/abc"，实测"abc"格式也可以，但是"/tmp/abc"格式不行，原因是linux会在/dev/shm目录下建立一个sem.name的文件，如果中间有'/'则不能作为文件名或者将其当成目录但该目录不存在？（开头的'/'因该是被忽略的）
    flag：主要是O_CREAT，O_EXCL，单独指定O_CREAT，若name同名信号量已存在则返回该信号量，否则创建并返回之；若指定O_CREAT|O_EXCL，则已存在的情况下出错并返回SEM_FAILED（NULL），否则创建并返回
    mode：读写权限，类似chmod命令中的权限，如660(属主和组可读写)
    value：信号量的之，二值信号量则为1
    系统为每个信号量生成一个记录，记录对其打开的次数，调用sem_open()加1，调用sem_close()减1
2、sem_wait(sem_t *sem)
    类似上锁，若当前信号量值>0，则将其值减1，否则等待
3、sem_post(sem_t *sem)
     类似解锁，将信号量值加1
4、sem_getvalue(sem_t *sem, int *vl)
    获取当前信号量的值，通过vl返回。当有进程等待在sem_wait()时*vl的值为0，无论有多少进入等待，在有的系统可能该值为负表示有几个进程在等待中。
5、sem_close(sem_t *sem)
    此函数可不调用，因为系统会在进程退出时自动调用，作用为将sem_open()调用的记录减1
6、sem_unlink(char *name)
    /dev/shm下的sem.name文件会马上被删除，但是信号量本身并没有被删除，所有已打开该信号量的进程仍能正常使用它。直到所有打开该信号量的进程sem_close()后，内核才真正删除信号量。
    如果不调用sem_unlink，则sem.name一直存在，下次sem_open()直接从中取值。sem.name文件中的值表示当前等待在信号量上的进程数（可用od命令查看），如果其值>0，则通过sem_getvalue(sem_t *sem, int *vl)返回的*vl值为0.
    如果某个进程sem_unlink()后，另一个进程再用同一个name调用sem_open()，则sem_open调用成功，但是已经是另一个信号量了，这时可能存在两个信号量，一个是没了名字没了对应文件的存在于内核中的，一个是有名字的且有对应文件。


无名信号量
必须放在共享内存区才能被非亲属关系进程间共享使用，而有名信号量不需要，非亲属进程间可以通过同一个name共享之
1、sem_init()
    不要针对一个semaphore调用超过1次，否则结果未定义，实测linux调用两次会生成一个新的，也就是两个进程各用个的。
2、sem_destroy()
    好像不起作用，即使调用了，semaphore还是可以用。猜测是内核在进程退出时才删除之。

信号量与多进程
1、亲属进程，有名信号量
    只需在父进程中调sem_open()，因为“父进程中打开的仍在子进程中打开”，下面的伪代码是对的：
    sem_t *sem = sem_open();
    fork()
    //child
    sem_wait(sem )
    //parent
    sem_wait(sem )
2、非亲属进程，有名信号量
    每个进程都需要用同一个name调用sem_open()
3、亲属进程，无名信号量
    必须放到共享内存区才能共享，所以下面的伪代码是错误的：
    sem_t sem;
    sem_init(&sem, ....);
    fork()
    //child
    sem_wait(&sem)
    //parent
    sem_wait(&sem)
    父子进程间并不共享sem，而是子进程生成一个副本。也就是父子间用的不是同一个信号量。

    使用某种共享内存区技术即可实现父子间的信号量共享，伪代码如下：
    sem_t sem;
    fd = open("name", ....);
    write(fd, &sem, sizeof(sem));
    sem_t *p = mmap(0, sizeof(sem), ...,fd,..);
    sem_init(p, .....);
    fork()
    //child
    sem_wait(p)  //p作为共享内存区的地址，在父子间是共享的
    //parent
    sem_wait(p)
    其中共享内存区的实现也可以用shm_open来实现
    且也可用如下方法：省了一个sem_t的存储空间
    fd = open("name", ....);
    lseek(fd, sizeof(sem_t)-1, SEEK_SET);  
    write(fd, " ", 1); //文件长度为sizeof(sem_t)，且最后一个字节为" "，必须要write否则文件长度还是0
    sem_t *p = mmap(0, sizeof(sem_t), ...,fd,..);

4、非亲属进程，无名信号量
    也要放在共享内存区，而且每个进程都要调用open()或shm_open()、mmap()等函数将共享内存区映射到当前进程的地址空间中。
    典型用法：
    进程1调用open(name, O_RDWR|O_CREAR|O_TRUNK, )、write()、mmap()、sem_init()，进程2调用open(name, O_RDWR|O_CREAR)、mmap()即可
    注意：
        即使进程1调用munmap()后，进程2仍可使用放在共享内存区的semaphore，但进程1不能用了，因为munmap()删除了进程1的映射关系，进程2的映射关系还在，而且open()打开的文件也在（终极原因）。
信号量与多线程
    多线程间自动共享内存，所以只需在主进程调用一次sem_open()、sem_init()等即可在所有线程中使用。