如何在 Go 中使用 POSIX 命名信号量
go本身提供的semaphore只能在同一个进程多个协程或线程间使用，无法在不同的go进程之间使用，所以本文介绍，如何使用go中的syscall来使用POSIX系统提供的命名信号量。
本文涉及到的代码可在此仓库查看：semaphore。
Go 中的系统调用
在go中，系统调用是通过syscall包提供的Syscall函数来进行系统调用的，不同的系统调用有不同的trap，以及不同长度的参数。
trap
go在syscall包中定义了大量的系统调用码，具体定义在文件1.20.6/go/src/syscall/zsysnum_darwin_arm64.go。不同操作系统上，定义所使用的文件是不同的，这些定义都是通过不同系统的c 语言头文件自动生成的。比如linux amd64操作系统的定义在1.20.6/go/src/syscall/zerrors_linux_amd64.go。
不同长度的参数
syscall包有Syscall、Syscall6两个函数，对应于不同的操作系统调用参数长度的情况。
Syscall总共接收4个参数，第一个是trap定义，描述具体的系统调用，剩下的3个是系统调用所需的参数。
Syscall6总共接收7个参数，第一个是trap定义，描述具体的系统调用，剩下的6个是系统调用所需的参数。
如果使用Syscall或Syscall6时，系统调用所需的参数不满足函数形参所需的数量，则剩下的参数传0。
例如，在POSIX系统上打开一个命名信号量的系统调用是:
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
因为系统调用的参数有4个，而Syscall接收的全部形参才4个，所以Syscall不能满足我们的需求，只能使用Syscall6这个函数。而Syscall6总共需要7个形参，其中有6个是系统调用参数，我们只有4个系统调用参数，那么剩下的2个系统调用参数，我们就可以使用0替代，例如：
r1, r2, err := syscall.Syscall6(
syscall.SYS_SEM_OPEN,
uintptr(unsafe.Pointer(cs)), // name
uintptr(C.O_CREAT), // flag
uintptr(mode), // mode
uintptr(value), // value
0, // 没有更多参数，使用 0
0,
)
实现Samephore
信号量的操作主要有这么几个系统调用：sem_open、sem_wait、sem_trywait、sem_post、sem_close、sem_unlink。
在具体实现之前，我们先引入C头文件和定义一些结构，方便我们后续使用。
我们可以创建一个 semaphore/semaphore.go的包，然后在 semaphore.go 中添加下面的代码：
package semaphore
/*
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
*/
import "C"
import (
"fmt"
"syscall"
"unsafe"
)
// Semaphore 是一个用来保存 信号描述符 的结构体
type Semaphore struct {
sd uintptr
}
// New 创建一个空的信号量结构体
func New() *Semaphore {
return &Semaphore{}
}
下文中涉及到的Go代码，均在semaphore.go文件中。
sem_open
POSIX 系统调用：
#include <semaphore.h>
sem_t *
sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
获取一个sem_t值，这个值就是一个文件描述符，代表一个被打开的信号量。
Go 调用：
func (sem *Semaphore) Open(name string, mode int, value int) error {
// 将 go 字符串转为 C 字符串
cs := C.CString(name)
// C.CString 会在 C 侧重新申请内存，所以需要在使用后释放(在 stdlib.h 中)
defer C.free(unsafe.Pointer(cs))
// 调用 sem_open 系统调用，传递必须参数
// C.O_CREAT 表示创建(在 fcntl.h 中)，value 是信号量的值，mode 为打开的 信号描述符 的状态
r1, _, err := syscall.Syscall6(
syscall.SYS_SEM_OPEN,
uintptr(unsafe.Pointer(cs)),
uintptr(C.O_CREAT),
uintptr(mode),
uintptr(value),
0,
0,
)
if err != 0 {
sem.Unlink(name)
return fmt.Errorf("create semaphore failed: %s", err)
}
sem.sd = r1
return nil
}
sem_trywait 和 sem_wait
POSIX 系统调用：
#include <semaphore.h>
int
sem_trywait(sem_t *sem);
int
sem_wait(sem_t *sem);
sem_trywait当sem的值为0时，此操作不会阻塞等待，而是会立即返回。
sem_wait当sem的值为0时，此操作会阻塞等待，直到能获取信号量或者调用被中断。
这两个操作都会locked sem，并且操作结果相当于sem值减一。
Go 调用：
func (sem *Semaphore) TryAcquire() error {
_, _, err := syscall.Syscall(syscall.SYS_SEM_TRYWAIT, sem.sd, 0, 0)
if err != 0 {
return fmt.Errorf("try acquire failed: %s", err.Error())
}
return nil
}
func (sem *Semaphore) Acquire() {
_, _, _ = syscall.Syscall(syscall.SYS_SEM_WAIT, sem.sd, 0, 0)
}
sem_post
POSIX 系统调用：
#include <semaphore.h>
int
sem_post(sem_t *sem);
locked sem，对sem值加一，并且等待该信号量的所有进程/线程都会被唤醒。
Go 调用：
func (sem *Semaphore) Release() {
_, _, _ = syscall.Syscall(syscall.SYS_SEM_POST, sem.sd, 0, 0)
}
sem_close 和 sem_unlink
POSIX 系统调用：
#include <semaphore.h>
int
sem_close(sem_t *sem);
int
sem_unlink(const char *name);
sem_close：所引用的命名信号量关联的系统内存资源被释放，描述符无效。
sem_unlink：移除名为name的命名信号量。如果该信号量正在被其他进程使用，那么name将立即与该信号量解除关联，但是该信号量本身不会被移除，直到对它的所有引用都被关闭。使用name对sem_open()的后续调用将引用或创建一个名为name的新信号量。
Go 调用：
func (sem *Semaphore) Unlink(name string) {
cs := C.CString(name)
defer C.free(unsafe.Pointer(cs))
sem.close()
_, _, _ = syscall.Syscall(syscall.SYS_SEM_UNLINK, uintptr(unsafe.Pointer(cs)), 0, 0)
}
func (sem *Semaphore) close() {
_, _, _ = syscall.Syscall(syscall.SYS_SEM_CLOSE, sem.sd, 0, 0)
}
