(本章基于：Linux-4.4.0-37)
内核中信号量的概念与应用层一致，本质是一个整数值，表示当前资源数量。可对这个值进行PV操作。P操作表示如果此信号量大于0，则将信号量减一，进程继续，反之如果信号量小于等于0则等待，等到信号量变为正值，即其他进程释放资源。V操作释放资源，即将信号量值加一，并在必要的时候唤醒正在等待的进程。
当信号量资源数量为1时，其实质就是一个互斥体，这与之前提到的自旋锁非常相似。区别是信号量在无法获取资源时会睡眠等待，释放CPU，而自旋锁不会。因此自旋锁只适用于多核处理器或抢占式内核系统，并且在临界区中不能有可能导致睡眠的操作。在其他情况下，信号量是最佳选择。
信号量数据结构 linux/semaphore.h
struct semaphore { raw_spinlock_t lock; unsigned int count; struct list_head wait_list; };
static inline void sema_init(struct semaphore *sem, int val);
初始化一个信号量，val表示初始资源个数
在linux内核中P操作被称为down，内核中有多种down操作
extern void down(struct semaphore *sem);
不可中断down，谨慎使用，如果获取不到资源进程将无法中断，无法被kill
extern int __must_check down_interruptible(struct semaphore *sem);
可中断down，最常用
extern int __must_check down_killable(struct semaphore *sem);
可被致命信号唤醒
extern int __must_check down_trylock(struct semaphore *sem);
不睡眠，返回0表示获取到信号量，返回1表示未获取
extern int __must_check down_timeout(struct semaphore *sem, long jiffies);限制睡眠时间，返回0表示成功获取信号量
V被称之为up操作
extern void up(struct semaphore *sem);
例：
sema.c
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/stat.h> #include <linux/kdev_t.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/device.h> #include <linux/cdev.h> #include <asm/uaccess.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/semaphore.h> static dev_t devId; static struct class *cls = NULL; static struct cdev myDev; static struct semaphore mySema; static int my_open(struct inode *inode, struct file *file) { int i; while(down_interruptible(&mySema) != 0); for(i=0; i<10; i++) { printk(KERN_WARNING "%d\n", i); ssleep(1); } up(&mySema); printk(KERN_WARNING "open success!\n"); return 0; } static int my_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk(KERN_WARNING "close success!\n"); return 0; } //定义文件操作 static struct file_operations myFops = { .owner = THIS_MODULE, .open = my_open, .release = my_release, }; static void hello_cleanup(void) { cdev_del(&myDev); device_destroy(cls, devId); class_destroy(cls); unregister_chrdev_region(devId, 1); } static __init int hello_init(void) { int result; sema_init(&mySema, 1); //动态注册设备号 if(( result = alloc_chrdev_region(&devId, 0, 1, "stone-alloc-dev") ) != 0) { printk(KERN_WARNING "register dev id error:%d\n", result); goto err; } else { printk(KERN_WARNING "register dev id success!\n"); } //动态创建设备节点 cls = class_create(THIS_MODULE, "stone-class"); if(IS_ERR(cls)) { printk(KERN_WARNING "create class error!\n"); goto err; } if(device_create(cls, NULL, devId, "", "hello%d", 0) == NULL) { printk(KERN_WARNING "create device error!\n"); goto err; } //字符设备注册 myDev.owner = THIS_MODULE; //必要的成员初始化 myDev.ops = &myFops; cdev_init(&myDev, &myFops); //添加一个设备 result = cdev_add(&myDev, devId, 1); if(result != 0) { printk(KERN_WARNING "add cdev error!\n"); goto err; } printk(KERN_ALERT "hello init success!\n"); return 0; err: hello_cleanup(); return -1; } static __exit void hello_exit(void) { hello_cleanup(); printk(KERN_WARNING "helloworld exit!\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Stone"); 应用层：
a.c
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(void) { int fd; char buf[100]; int size; fd = open("/dev/hello0", O_RDWR); if(!fd) { perror("open"); exit(-1); } printf("open success!\n"); close(fd); return 0; }
