Linux POSIX semaphore

Linux semaphore sem_t 有一個 ≥0 的整數，sem_post() 將它加 1，sem_wait() 等候到 >0 時將讓它減一。另外還有 sem_trywait() 不等候，sem_timedwait() 等候到特定時間。

Linux semaphore 有兩種：memory-based 和 named。

• Memory-based，或稱非 named：在某個記憶體位置，透過 sem_init() 初始化、sem_destroy() 銷毀。依照記憶體位置的不同，又可分成 thread-shared semaphore 跟 process-shared semaphore。前者只要是單一 process 內的某個位址，旗下的 thread 都可以存取。後者需要放在不同 process 都可以存取的 shared memory (可透過 shmget()、shm_open()、或 mmap() 取得)，或者 fork 的子程序繼承了記憶體對應，也可以存取。
• sem_init(sem_t *, int pshared, unsigned int value)
• sem_destroy()
  
• Named：有個名稱在 /dev/shm/sem.名稱，透過 sem_open() 建立或開啟、sem_close() 關閉、sem_unlink() 移除。
• sem_open()/sem_close()/sem_unlink()
  

sem_post()
sem_wait(sem_t *)：回傳 0 表示等候到 semaphore 並減一。
sem_trywait(sem_t *)：類似 sem_wait()，但 semaphore 為 0 時不等候，回傳 -1 及 errno = EAGAIN。

sem_timedwait(sem_t *, const struct timespec *)：類似 sem_wait()，但最久只等候到某個 Epoch 時間，等候不到的話回傳 -1 及 errno = ETIMEDOUT。

• 可用來在特定時間執行某項工作。
• 等候是呼叫 nanosleep() 處理

sem_getvalue()：取得目前 semaphore 值。

等候 semaphore 成功回傳 0；失敗 semaphore 不變，回傳 -1 並設 errno。

errno	sem_wait()	sem_trywait()	sem_timedwait()
EINTR	signal 中斷
EINVAL	semaphore 無效		semaphore 或時間 tv_nsecs 無效
EAGAIN	-	semaphore 為 0	-
ETIMEDOUT	-	-	逾時

註：uClibc 不支援 pshared 和 named semaphore，SEM_VALUE_MAX 是 2147483647。內部使用 __pthread_lock()、一個 semaphore 計數值、以及一個 waiting queue。

應用：binary semaphore (比較：mutex), counting semaphore

參考

1. man sem_overview, man sem_init, man sem_wait

• kernel 裡的 semaphore (LDD3 ch5.3)
• System V semaphore：semget(), semop(), semctl() [比較：Implement POSIX Semaphore APIs using System V Semaphores APIs]