信号量的实现 #
信号师的实现需要三个问题：等待、互斥、唤醒（即重新激活等待的代码执行流）。
这就需要一种全新的数据结构来解决这些问题。根据上面的问题，这个数据结构至少需要一个变量来表示互斥，比如大于 0 则代码执行流可以继续运行，等于 0 则让代码执行流进入等待状态。还需要一个等待链，用于保存等待的代码执行流。
这个数据结构的实现代码如下所示。
#define SEM_FLG_MUTEX 0
#define SEM_FLG_MULTI 1
#define SEM_MUTEX_ONE_LOCK 1
#define SEM_MULTI_LOCK 0
//等待链数据结构，用于挂载等待代码执行流（线程）的结构，
//里面有用于挂载代码执行流的链表和计数器变量，这里我们先不深入研究这个数据结构。
typedef struct s_KWLST
{
spinlock_t wl_lock;
uint_t wl_tdnr;
list_h_t wl_list;
}kwlst_t;
//信号量数据结构
typedef struct s_SEM
{
spinlock_t sem_lock;//维护sem_t自身数据的自旋锁
uint_t sem_flg;//信号量相关的标志
sint_t sem_count;//信号量计数值
kwlst_t sem_waitlst;//用于挂载等待代码执行流（线程）结构
}sem_t;
搞懂了信号量的结构，我们再来看看信号量的一般用法，注意信号量在使用之前需要先进行初始化。这里假定信号量数据结构中的 sem_count 初始化为 1， sem_waitlst 等待链初始化为空。
使用信号量的步骤: 第一步，获取信号量。
- 首先对用于保护信号量自身的自旋锁 sem_lock 进行加锁。
- 对信号值 sem_count 执行“减 1”操作，并检查其值是否小于 0。
- 上步中检查 sem_count 如果小于 0，就让进程进入等待状态并且将其挂入 sem_waitlst 中，然后调度其它进程运行。否则表示获取信号量成功。当然最后别忘了对自旋锁 sem_lock 进行解锁。
第二步，代码执行流开始执行相关操作，例如读取键盘缓冲区。第三步，释放信号量。
- 首先对用于保护信号量自身的自旋锁 sem_lock 进行加锁。
- 对信号值 sem_count 执行“加 1”操作，并检查其值是否大于 0。
- 上步中检查 sem_count 值如果大于 0，就执行唤醒 sem_waitlst 中进程的操作，并且需要调度进程时就执行进程调度操作，不管 sem_count 是否大于 0（通常会大于 0）都标记信号量释放成功。当然最后别忘了对自旋锁 sem_lock 进行解锁。
下面我们来看看实现上述这些功能的代码，按照理论书籍上说，信号量有两个操作：down，up，代码如下。
//获取信号量
void krlsem_down(sem_t* sem)
{
cpuflg_t cpufg;
start_step:
krlspinlock_cli(&sem->sem_lock,&cpufg);
if(sem->sem_count<1)
{//如果信号量值小于1,则让代码执行流（线程）睡眠
krlwlst_wait(&sem->sem_waitlst);
krlspinunlock_sti(&sem->sem_lock,&cpufg);
krlschedul();//切换代码执行流，下次恢复执行时依然从下一行开始执行，所以要goto开始处重新获取信号量
goto start_step;
}
sem->sem_count--;//信号量值减1,表示成功获取信号量
krlspinunlock_sti(&sem->sem_lock,&cpufg);
return;
}
//释放信号量
void krlsem_up(sem_t* sem)
{
cpuflg_t cpufg;
krlspinlock_cli(&sem->sem_lock,&cpufg);
sem->sem_count++;//释放信号量
if(sem->sem_count<1)
{//如果小于1,则说数据结构出错了，挂起系统
krlspinunlock_sti(&sem->sem_lock,&cpufg);
hal_sysdie("sem up err");
}
//唤醒该信号量上所有等待的代码执行流（线程）
krlwlst_allup(&sem->sem_waitlst);
krlspinunlock_sti(&sem->sem_lock,&cpufg);
krlsched_set_schedflgs();
return;
}
上述代码中的 krlspinlock_cli，krlspinunlock_sti 两个函数，只是对前面自旋锁函数的一个封装，krlschedul、krlwlst_wait、krlwlst_allup、 krlsched_set_schedflgs 这几个函数会在进程相关课程进行探讨。