信号量机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/ipc/sem.c
文档目录：linuxDoc/ipc/

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目录

• 一、原理
• 二、数据结构
• 三、实现要点
• 四、系统调用
• 五、调试
• 附录

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一、原理

System V 信号量以 信号量数组（semaphore array） 为单位：

• semget 创建/打开，返回 semid
• semop / semtimedop 对数组中一个或多个成员做 P/V（sem_op 含 sem_num、sem_op、sem_flg）
• semctl：GETVAL/SETVAL、GETPID、IPC_RMID、SEM_UNDO 等

语义：FIFO 排队（非严格防饥饿）；支持 原子多操作（同一 semop 内多个 sembuf）。

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二、数据结构

结构	说明
struct sem_array	含 kern_ipc_perm，数组 sem[]
struct sem	semval、修改者 pid、等待队列
struct sem_queue	阻塞的 semop 请求
struct sem_undo	进程退出时回滚调整（CLONE_SYSVSEM 影响 per-thread/per-process）

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三、实现要点（sem.c 文件头注释）

主题	实现
扩展性	每 数组 独立锁；数组间无全局锁
唤醒	waker 完成全部工作，被唤醒任务可无锁返回（wake_q）
update_queue	成功 semop 后扫描等待队列，尽量满足后续操作
UNDO	每进程每数组懒分配 undo 向量，退出时限 SEMVMX
快速路径	sem_lock() 对部分读路径优化（见源码 sem_lock）

sysctl（每 ipc_namespace）：kernel.sem 四元组 SEMMSL SEMMNS SEMOPM SEMMNI。

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四、系统调用

syscall	功能
semget	创建/查找
semop	semtimedop 超时为 NULL
semtimedop	纳秒级超时
semctl	控制 / 统计 SEM_STAT SEM_INFO

旧 ipc() 在 syscall.c 中转发 SEMOP/SEMGET/SEMCTL。

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五、调试

ipcs -s
strace -e semop,semget ./app

常见问题：EIDRM（数组已删）、EAGAIN（IPC_NOWAIT）、undo 耗尽。

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附录

• 行数：约 2400+（sem.c 为 ipc 最大单文件之一）
  相关：01 公共框架