linux信号量底层原理

信号量（Semaphore）是Linux中用于控制并发的一种机制，它的底层实现原理是通过使用内核提供的同步原语来实现的。下面将详细讲解Linux信号量的底层实现原理，并提供相关的源码讲解。

信号量的概述

信号量是一种用于控制并发访问共享资源的机制。它维护了一个计数器，用于表示可用的许可数量。当一个线程需要访问共享资源时，它必须先获取一个许可，如果许可数量为0，则线程会被阻塞，直到有许可可用。当线程完成对共享资源的访问后，它会释放许可，使得其他线程可以获取许可并访问共享资源。

信号量的底层实现原理

Linux中的信号量底层是通过使用内核提供的同步原语来实现的，主要使用了以下两个关键的数据结构：

struct semaphore：表示信号量的数据结构，其中包含了信号量的计数器和等待队列等信息。
struct wait_queue_head：表示等待队列的数据结构，用于管理等待许可的线程。

Linux信号量的底层实现原理可以分为以下几个步骤：

初始化信号量：在创建信号量时，会初始化信号量的计数器和等待队列等信息。
获取许可：当一个线程需要访问共享资源时，它会调用信号量的获取许可函数（如down()），该函数会首先检查信号量的计数器是否大于0，如果大于0，则线程可以继续执行，否则线程会被阻塞，并加入到等待队列中。
释放许可：当一个线程完成对共享资源的访问后，它会调用信号量的释放许可函数（如up()），该函数会将信号量的计数器加1，并唤醒等待队列中的一个线程，使其可以继续执行。

信号量的底层实现原理涉及到了内核的同步机制和调度机制

源码讲解

以下是Linux内核中信号量的相关源码文件：

include/linux/semaphore.h：定义了信号量的数据结构和相关函数。
kernel/locking/semaphore.c：实现了信号量的相关函数。

你可以通过查看这些源码文件来深入了解Linux信号量的底层实现原理。

读写信号量

c
struct rw_semaphore {
	atomic_long_t count;
	/*
	 * Write owner or one of the read owners as well flags regarding
	 * the current state of the rwsem. Can be used as a speculative
	 * check to see if the write owner is running on the cpu.
	 */
	atomic_long_t owner;
#ifdef CONFIG_RWSEM_SPIN_ON_OWNER
	struct optimistic_spin_queue osq; /* spinner MCS lock */
#endif
	raw_spinlock_t wait_lock;
	struct list_head wait_list;
#ifdef CONFIG_DEBUG_RWSEMS
	void *magic;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
	struct lockdep_map	dep_map;
#endif
};

普通信号量

c
struct semaphore {
	raw_spinlock_t		lock;
	unsigned int		count;
	struct list_head	wait_list;
};

c
struct semaphore_waiter {
	struct list_head list;
	struct task_struct *task;
	bool up;
};

Learn more:

目录

信号量的概述

信号量的底层实现原理

源码讲解