1. 原由：

由于Linux是一个多任务操作系统，所以存在多个任务同时访问一个资源的问题，但是有些资源在同一时间只能有一个进程访问，例如打印机或者一些全局变量等，这些资源称为临界资源，访问临界资源的代码称为临界区，这种行为称为多进程之间的竟态，为解决这一问题，Linux提供了信号量机制，用于同步各个进程有序访问临界区。

2. Linux信号量：

Linux信号量有三类，第一类内核信号量，用于内核进程之间的同步，这个暂时不管。第二类继承于POSIX信号量机制，这个主要用于Linux线程同步，暂时也不管；第三类是继承于System V信号量机制，主要用于Linux进程间同步，这也是目前Linux系统应用程序进程同步所使用的，本文先介绍这种。

3. 进程间通信方式：

在创建一个信号量集的时候，内核会自动会信号量集分配一个IPC标识符，然后不同进程间通过IPC标识符操作信号量集，以此实现同步。但是IPC标识符是系统随机分配的，所以需要引入key，即系统根据key值生成IPC标识符，如果key值一致标识符也一致。关于key值的设置方式有三种：

（1）服务器进程通过IPC_PRIVATE键值，生成IPC标识符之后，把标识符存入文件，客户端进程从文件读出标识符，进行通信；此方法也可以用在父子进程通信，在此情形下不需要文件作为中介，因为子进程继承了父进程的IPC标识符，可以直接通信。缺点：文件中介，代价高，使用不方便。

（2）在一个共有头文件定义键值，然后需要通信的进程都包含这个头文件，然后直接通信。缺点：必须检测该键值是否已经使用，必须处理已经使用的情况。

（3）使用ftok()函数，通过指定文件和一个指定值生成键值，缺点若文件删除又重建，则此方式失效。

这三类方法，个人感觉各有优劣，需要针对实际选用。值得说明的是，后续消息队列和共享内存，都是使用这种方式完成进程间通信的。信号量是一种进程间控制信息，而消息队列和共享内存是进程间数据消息。

4. 底层支持：

System V信号机制在内核层，使用三个如下数据结构管理信号量：

struct semid_ds {
struct ipc_perm sem_perm;
struct sem *sem_base;
ushort sem_nsems;
time_t sem_otime;
time_t sem_ctime;
};

struct sem {
ushort semval;
short sempid;
ushort semncnt;
ushort semzcnt;
};

struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信号量在信号量集里的编号，
short sem_op; // 信号量操作，1-->v, -1--->p
short sem_flg; // 操作表示符，信号量释放时机
};

System V中是以信号量集为单位管理信号量的，每个信号量集用一个struct semid_ds结构描述，其中的sem_base是一个结构数组，每个元素既是一个信号量，每个信号量用struct sem结构描述。一个struct sembuf 结构代表一个信号量操作。

5. 应用层使用：

（1）创建信号量集：

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

输入：参数key：键值。

  参数nsems：信号量个数。

      参数semflg：信号量集操作权限。

输出：返回值信号量集id（ipc的标识符,semid），用于后续进程通信使用。

此函数在系统内部，即创建了一个struct semid_ds，并设置部分元素的值，此结构包含struct sem结构。

（2）设置信号量初值（赋值）：

int semctl(int senid, int semnum, int cmd, union semun arg)

输入：参数senid：信号量集id，semget函数返回值。

  参数semnum：信号量在信号量集中的序号，如果是一个信号量，此值设为0.

  参数cmd：对信号量得操作命令。赋值，使用IPC_SETVAL指令。

  参数arg：根据cmd的不同，作用不同。

输出：返回值表示设置是否成功。

  Semid：带有信号量初值的信号量集。即设置了semid_ds-->sem-->semval = arg.val。

（3）信号量操作：

Int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops)

输入：参数senid：信号量集id，semget函数返回值。

  参数sops：信号量操作数组。具体见第四段的struct sembuf。

  参数nsops：带操作的信号量在信号量集数组中的下标。

输出：semid，执行p或v之后信号量。

（4）删除信号量：

使用semctl函数，组合IPC_RMID即可。

6. 说明：

在上述函数中，本质上，应用层的接口是semid，内核层的支持即为第四步中的三大结构，尤其是前两个。