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前面我们介绍了Linux内核中的自旋锁的使用和具体的实现。接下来我们介绍一下在Linux内核中使用比较广泛的另外一种锁机制---信号量。信号量又称为信号灯（semaphore），其与自旋锁不同的地方是它可以引起调用者休眠，也就是信号量本质上是一种睡眠锁。如果有一个任务试图获得一个不可用（已经被占用）的信号量时，信号量会将其推进一个等待队列，然后让其睡眠。这时处理器能重获自由，从而去执行其他代码。当持有的信号量可用（被释放后），处于等待队列中的那个任务将被唤醒，并将获得该信号量。

信号量一个有用的特性是它可以同时允许任意数量的锁持有者，而自旋锁和互斥锁在一个时刻最多允许一个任务持有它。信号量同时允许的持有者数量可以在声明信号量时指定。这个值称为使用者数量（usage count）或简单的叫做数量（count）。通常情况下，信号量和自旋锁一样，在一个时刻仅允许有一个锁持有者。这时计数等于1，这样的信号量被称为二值信号量或者称为互斥信号量。另一方面，初始化时也可以把数量设置为大于1的非0值。这种情况，信号量被称为计数信号量（counting semaphore），它允许在同一时刻至多有count个锁持有者。

基本接口

本节我们介绍一下信号量的基本接口，信号量的用法与自旋锁非常相似（分为初始化、加锁和解锁三部分）。主要需要注意的地方是信号量会引起休眠，因此不要在不能休眠的地方使用信号量。

信号量初始化

信号量加锁

信号量解锁

应用示例

基本原理

本节介绍一下信号量的具体实现。照例，我们先从信号量的数据结构走起。下面是信号量的数据结构，可以看出其由自旋锁、计数和一个链表头组成。

这里自旋锁 lock用于保护数据的访问，而链表 wait_list则用于记录有那些线程在等待该信号量。

如果之前看过本号前面的文章，结合这里关于结构体的介绍，估计能够猜出来信号量的实现方式。其大概原理是当有线程企图加锁的时候调用加锁函数（down），如果count大于0则表示可以加锁，并加锁成功。如果小于等于0则表示不可加锁，此时线程将被放入wait_list队列，然后线程被调度出CPU（休眠）。

加锁流程分析

如下代码是加锁的接口，可以看到入参就是上面定义的信号量的结构体指针。在进行实际操作之前需要使用自旋锁进行保护。

函数的调用关系是down->__down->__down_common，实际执行函数是__down_common。下面是函数的源代码，具体请看函数内的注释。

信号量解锁

信号量解锁的流程比较简单，如下是其实现代码，主函数比较简单，这里不做解释了。

需要真正解锁的情况下将执行本函数。可以看到本函数的实现也并不复杂，在这里首先从队列中取出第一个等待的任务，然后调用线程唤醒函数进行唤醒。

能力增强

除了上面的基本的接口外，还有一些辅助功能的接口。比如down_trylock可以探测一下是否可以加锁。而down_interruptible则设置当前线程的状态为TASK_INTERRUPTIBLE状态。