1. 并發編程概念鋪墊

> 多個執行流【進程】看到同一份資源：共享資源。

> 被保護起來的資源叫做臨界資源。

> 在進程中，涉及臨界資源的程序段叫做臨界區。【說人話就是程序中訪問共享資源的代碼】

> 什么是互斥：任何時刻，只允許一個執行流訪問資源叫叫作互斥。【比如，一個進程在訪問臨界資源的時候，另一個進程無法訪問，直到前者訪問結束解鎖，將鎖交給后者，后者才能訪問臨界區！】

> 什么是同步：多個執行流，訪問臨界資源的時候，具有一定的順序性，叫做同步。

> 所謂對共享資源的保護，本質上是對共享資源代碼的保護【即對臨界區的保護】。

2. 認識并理解信號量

什么是信號量呢？信號量本質就是計數器，用來描述臨界資源中資源的多少。

我們的進程在訪問臨界資源時，并不是說，你想訪問就訪問。其實，臨界資源也是分一塊一塊的，每個進程如果成功訪問臨界資源，那么這塊臨界資源就勢必會被占用。一旦臨界資源被占滿了，后來的進程就無法再訪問臨界資源了。系統又是如何做到這一點的呢？所有進程在訪問臨界資源之前，都必須要先申請信號量【我們現在可以簡單把它理解為一個整形變量的計數器，用來描述臨界資源的多少】，一旦申請成功，計數器減減。至此，該進程就可以隨時訪問系統為其分配的臨界資源。但是，如果資源不夠，那么該進程就會被阻塞掛起。所以，信號量的本質是對資源的預定機制！

細節一：信號量需要被所有進程訪問，那么信號量本身就是共享資源。信號量需要被保護起來，那么對于信號量的操作必須是要原子性的。我們把申請信號量，計數器++叫做p操作，進程結束訪問臨界資源，計數器--叫做v操作。所以，信號量通過PV操作來完成資源的預定機制。【而這兩個操作都必須是要原子性的，至于如何保證原子性后面再說】

細節二：只有1和0兩態的信號量叫做二元信號量【也就是互斥】。

細節三：信號量和通信有什么關系呢？為什么信號量會被歸為進程間通信的范疇呢？

首先，進程對資源的訪問，都必須要先申請信號量，所以進程看到了同一份資源。其次，不只是傳遞數據才是進程間通信，同步互斥通知也是進程間通信。比如：在進程a申請信號量時，計數器為0，那么進程a申請信號量失敗，進程a則阻塞掛起到等待隊列中。有朝一日，進程b訪問臨界資源結束，釋放資源，計數器++，進程a看到后被喚醒申請臨界資源。在上面這個例子中，進程b通過信號量完成了對進程a的控制。

3. 系統如何管理組織ipc

我們前面一直說，系統內部有描述共享內存|消息隊列|信號量的結構體對象，我們也可以理解。但是，系統內部是如何管理組織這些結構體對象呢？？？

不急，我們先來看看一些有關消息隊列和信號量的接口：

信號量創建接口：

信號量控制接口：

消息隊列創建接口：

?消息隊列控制接口：

通過觀察以上的接口，我們發現描述這些ipc的結構體對象都有一個共性：就是它們都命名為struct xxxid_ds，并且第一個成員類型都是struct ipc_perm，而且ipc_perm中的第一個成員都是key。

因此，我們可以得出一個結論：在Linux內核中，共享內存，消息隊列，信號量都用key來唯一區分！并且它們被系統當做了同一種資源。?

事實上，在Linux內核中，有一種全局的數據結構來管理組織ipc，就是struct ipc_ids。其中，entries指針指向ipc_id_ary，ipc_id_ary中有一個結構叫柔性數組！

?而該柔性數組中則管理了內核中的所有ipc，無論是共享內存，消息隊列還是信號量。但是，系統又是如何區分不同的結構體呢【畢竟柔性數組若是沒有相應的類型，我們就這能獲得它指向元素的第一個成員】？？我們可以這樣理解，在創建控制不同類型的ipc時，我們使用的系統調用是不同的，內核中對柔性數組可以因此來區分不同類型的結構體，到時用得到的類型進行強轉即可。至此，我們也終于明白了，xxxid為什么在不斷的增長，因為他就是柔性數組的下標，我們也不用擔心數組下標越界。當下標到達最大值時，管理柔性數組的結構體會對其下標進行回繞。

下面是部分內核圖幫我們理解：