一、訊號燈概述
訊號燈與其他程序間通訊方式不大相同，它主要提供對程序間共享資源訪問控制機制。相當於記憶體中的標誌，程序可以根據它判定是否能夠訪問某些共享資源，同時，程序也可以修改該標誌。除了用於訪問控制外，還可用於程序同步。訊號燈有以下兩種型別：
二、linux訊號燈
linux對訊號燈的支援狀況與訊息佇列一樣，在red had 8.0發行版本中支援的是系統v的訊號燈。因此，本文將主要介紹系統v訊號燈及其相應api。在沒有宣告的情況下，以下討論中指的都是系統v訊號燈。
注意，通常所說的系統v訊號燈指的是計數訊號燈集。
三、訊號燈與核心
1、系統v訊號燈是隨核心持續的，只有在核心重起或者顯示刪除乙個訊號燈集時，該訊號燈集才會真正被刪除。因此系統中記錄訊號燈的資料結構（struct ipc_ids sem_ids）位於核心中，系統中的所有訊號燈都可以在結構sem_ids中找到訪問入口。
2、下圖說明了核心與訊號燈是怎樣建立起聯絡的：
其中：struct ipc_ids sem_ids是核心中記錄訊號燈的全域性資料結構；描述乙個具體的訊號燈及其相關資訊。
其中，struct sem結構如下：
struct sem從上圖可以看出，全域性資料結構struct ipc_ids sem_ids可以訪問到struct kern_ipc_perm的第乙個成員：struct kern_ipc_perm；而每個struct kern_ipc_perm能夠與具體的訊號燈對應起來是因為在該結構中，有乙個key_t型別成員key，而key則唯一確定乙個訊號燈集；同時，結構struct kern_ipc_perm的最後乙個成員sem_nsems確定了該訊號燈在訊號燈集中的順序，這樣核心就能夠記錄每個訊號燈的資訊了。kern_ipc_perm結構參見《linux環境程序間通訊（三）：訊息佇列》。struct sem_array見附錄1。
四、操作訊號燈
對訊息佇列的操作無非有下面三種型別：
1、 開啟或建立訊號燈
與訊息佇列的建立及開啟基本相同，不再詳述。
2、 訊號燈值操作
linux可以增加或減小訊號燈的值，相應於對共享資源的釋放和占有。具體參見後面的semop系統呼叫。
3、 獲得或設定訊號燈屬性：
系統中的每乙個訊號燈集都對應乙個struct sem_array結構，該結構記錄了訊號燈集的各種資訊，存在於系統空間。為了設定、獲得該訊號燈集的各種資訊及屬性，在使用者空間有乙個重要的聯合結構與之對應，即union semun。
聯合semun資料結構各成員意義參見附錄2
訊號燈api
1、檔名到鍵值
#include #include key_t ftok (char*pathname, char proj)；2、 linux特有的ipc()呼叫：
int ipc(unsigned int call, int first, int second, int third, void *ptr, long fifth);
引數call取不同值時，對應訊號燈的三個系統呼叫：
當call為semop時，對應int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops)呼叫；
當call為semget時，對應int semget(key_t key, int nsems, int sem***)呼叫；
當call為semctl時，對應int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)呼叫；
這些呼叫將在後面闡述。
注：本人不主張採用系統呼叫ipc()，而更傾向於採用系統v或者posix程序間通訊api。原因已在linux環境程序間通訊（三）：訊息佇列中給出。
3、系統v訊號燈api
系統v訊息佇列api只有三個，使用時需要包括幾個標頭檔案：
#include #include #include1）int semget(key_t key, int nsems, int sem***)
引數key是乙個鍵值，由ftok獲得，唯一標識乙個訊號燈集，用法與msgget()中的key相同；引數nsems指定開啟或者新建立的訊號燈集中將包含訊號燈的數目；sem***引數是一些標誌位。引數key和sem***的取值，以及何時開啟已有訊號燈集或者建立乙個新的訊號燈集與msgget()中的對應部分相同，不再祥述。
該呼叫返回與健值key相對應的訊號燈集描述字。
呼叫返回：成功返回訊號燈集描述字，否則返回-1。
注：如果key所代表的訊號燈已經存在，且semget指定了ipc_creat|ipc_excl標誌，那麼即使引數nsems與原來訊號燈的數目不等，返回的也是eexist錯誤；如果semget只指定了ipc_creat標誌，那麼引數nsems必須與原來的值一致，在後面程式例項中還要進一步說明。
2）int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
semid是訊號燈集id，sops指向陣列的每乙個sembuf結構都刻畫乙個在特定訊號燈上的操作。nsops為sops指向陣列的大小。
sembuf結構如下：
struct sembuf ;sem_num對應訊號集中的訊號燈，0對應第乙個訊號燈。sem_***可取ipc_nowait以及sem_undo兩個標誌。如果設定了sem_undo標誌，那麼在程序結束時，相應的操作將被取消，這是比較重要的乙個標誌位。如果設定了該標誌位，那麼在程序沒有釋放共享資源就退出時，核心將代為釋放。如果為乙個訊號燈設定了該標誌，核心都要分配乙個sem_undo結構來記錄它，為的是確保以後資源能夠安全釋放。事實上，如果程序退出了，那麼它所占用就釋放了，但訊號燈值卻沒有改變，此時，訊號燈值反映的已經不是資源占有的實際情況，在這種情況下，問題的解決就靠核心來完成。這有點像殭屍程序，程序雖然退出了，資源也都釋放了，但核心程序表中仍然有它的記錄，此時就需要父程序呼叫waitpid來解決問題了。
sem_op的值大於0，等於0以及小於0確定了對sem_num指定的訊號燈進行的三種操作。具體請參考linux相應手冊頁。
這裡需要強調的是semop同時操作多個訊號燈，在實際應用中，對應多種資源的申請或釋放。semop保證操作的原子性，這一點尤為重要。尤其對於多種資源的申請來說，要麼一次性獲得所有資源，要麼放棄申請，要麼在不占有任何資源情況下繼續等待，這樣，一方面避免了資源的浪費；另一方面，避免了程序之間由於申請共享資源造成死鎖。
也許從實際含義上更好理解這些操作：訊號燈的當前值記錄相應資源目前可用數目；sem_op>0對應相應程序要釋放sem_op數目的共享資源；sem_op=0可以用於對共享資源是否已用完的測試；sem_op<0相當於程序要申請-sem_op個共享資源。再聯想操作的原子性，更不難理解該系統呼叫何時正常返回，何時睡眠等待。
呼叫返回：成功返回0，否則返回-1。
3) int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)
該系統呼叫實現對訊號燈的各種控制操作，引數semid指定訊號燈集，引數cmd指定具體的操作型別；引數semnum指定對哪個訊號燈操作，只對幾個特殊的cmd操作有意義；arg用於設定或返回訊號燈資訊。
該系統呼叫詳細資訊請參見其手冊頁，這裡只給出引數cmd所能指定的操作。
ipc_stat
獲取訊號燈資訊，資訊由arg.buf返回；
ipc_set
設定訊號燈資訊，待設定資訊儲存在arg.buf中（在manpage中給出了可以設定哪些資訊）；
getall
返回所有訊號燈的值，結果儲存在arg.array中，引數sennum被忽略；
getncnt
返回等待semnum所代表訊號燈的值增加的程序數，相當於目前有多少程序在等待semnum代表的訊號燈所代表的共享資源；
getpid
返回最後乙個對semnum所代表訊號燈執行semop操作的程序id；
getval
返回semnum所代表訊號燈的值；
getzcnt
返回等待semnum所代表訊號燈的值變成0的程序數；
setall
通過arg.array更新所有訊號燈的值；同時，更新與本訊號集相關的semid_ds結構的sem_ctime成員；
setval
設定semnum所代表訊號燈的值為arg.val；
呼叫返回：呼叫失敗返回-1，成功返回與cmd相關：
cmdreturn value
getncnt
semncnt
getpid
sempid
getval
semval
getzcnt
semzcnt
五、訊號燈的限制
1、 一次系統呼叫semop可同時操作的訊號燈數目semopm，semop中的引數nsops如果超過了這個數目，將返回e2big錯誤。semopm的大小特定與系統，redhat 8.0為32。
2、 訊號燈的最大數目：semvmx，當設定訊號燈值超過這個限制時，會返回erange錯誤。在redhat 8.0中該值為32767。
3、 系統範圍內訊號燈集的最大數目semmni以及系統範圍內訊號燈的最大數目semmns。超過這兩個限制將返回enospc錯誤。redhat 8.0中該值為32000。
4、 每個訊號燈集中的最大訊號燈數目semmsl，redhat 8.0中為250。 semopm以及semvmx是使用semop呼叫時應該注意的；semmni以及semmns是呼叫semget時應該注意的。semvmx同時也是semctl呼叫應該注意的。
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