【Linux庖丁解牛】— 信号量ipc管理！
1. 并发编程概念铺垫
> 多个执行流【进程】看到同一份资源：共享资源。
> 被保护起来的资源叫做临界资源。
> 在进程中，涉及临界资源的程序段叫做临界区。【说人话就是程序中访问共享资源的代码】
> 什么是互斥：任何时刻，只允许一个执行流访问资源叫叫作互斥。【比如，一个进程在访问临界资源的时候，另一个进程无法访问，直到前者访问结束解锁，将锁交给后者，后者才能访问临界区！】
> 什么是同步：多个执行流，访问临界资源的时候，具有一定的顺序性，叫做同步。
> 所谓对共享资源的保护，本质上是对共享资源代码的保护【即对临界区的保护】。
2. 认识并理解信号量
什么是信号量呢？信号量本质就是计数器，用来描述临界资源中资源的多少。
我们的进程在访问临界资源时，并不是说，你想访问就访问。其实，临界资源也是分一块一块的，每个进程如果成功访问临界资源，那么这块临界资源就势必会被占用。一旦临界资源被占满了，后来的进程就无法再访问临界资源了。系统又是如何做到这一点的呢？所有进程在访问临界资源之前，都必须要先申请信号量【我们现在可以简单把它理解为一个整形变量的计数器，用来描述临界资源的多少】，一旦申请成功，计数器减减。至此，该进程就可以随时访问系统为其分配的临界资源。但是，如果资源不够，那么该进程就会被阻塞挂起。所以，信号量的本质是对资源的预定机制！
细节一：信号量需要被所有进程访问，那么信号量本身就是共享资源。信号量需要被保护起来，那么对于信号量的操作必须是要原子性的。我们把申请信号量，计数器++叫做p操作，进程结束访问临界资源，计数器--叫做v操作。所以，信号量通过PV操作来完成资源的预定机制。【而这两个操作都必须是要原子性的，至于如何保证原子性后面再说】
细节二：只有1和0两态的信号量叫做二元信号量【也就是互斥】。
细节三：信号量和通信有什么关系呢？为什么信号量会被归为进程间通信的范畴呢？
首先，进程对资源的访问，都必须要先申请信号量，所以进程看到了同一份资源。其次，不只是传递数据才是进程间通信，同步互斥通知也是进程间通信。比如：在进程a申请信号量时，计数器为0，那么进程a申请信号量失败，进程a则阻塞挂起到等待队列中。有朝一日，进程b访问临界资源结束，释放资源，计数器++，进程a看到后被唤醒申请临界资源。在上面这个例子中，进程b通过信号量完成了对进程a的控制。
3. 系统如何管理组织ipc
我们前面一直说，系统内部有描述共享内存|消息队列|信号量的结构体对象，我们也可以理解。但是，系统内部是如何管理组织这些结构体对象呢？？？
不急，我们先来看看一些有关消息队列和信号量的接口：
信号量创建接口：
信号量控制接口：
消息队列创建接口：
消息队列控制接口：
通过观察以上的接口，我们发现描述这些ipc的结构体对象都有一个共性：就是它们都命名为struct xxxid_ds，并且第一个成员类型都是struct ipc_perm，而且ipc_perm中的第一个成员都是key。
因此，我们可以得出一个结论：在Linux内核中，共享内存，消息队列，信号量都用key来唯一区分！并且它们被系统当做了同一种资源。
事实上，在Linux内核中，有一种全局的数据结构来管理组织ipc，就是struct ipc_ids。其中，entries指针指向ipc_id_ary，ipc_id_ary中有一个结构叫柔性数组！
而该柔性数组中则管理了内核中的所有ipc，无论是共享内存，消息队列还是信号量。但是，系统又是如何区分不同的结构体呢【毕竟柔性数组若是没有相应的类型，我们就这能获得它指向元素的第一个成员】？？我们可以这样理解，在创建控制不同类型的ipc时，我们使用的系统调用是不同的，内核中对柔性数组可以因此来区分不同类型的结构体，到时用得到的类型进行强转即可。至此，我们也终于明白了，xxxid为什么在不断的增长，因为他就是柔性数组的下标，我们也不用担心数组下标越界。当下标到达最大值时，管理柔性数组的结构体会对其下标进行回绕。
下面是部分内核图帮我们理解：
