Linux进程间通信---信号量

Posted 2020-10-31 Ivan B.G. Liu

• 信号量是一个计数器，通常在内核中实现，用于多个进程对共享数据对象的同步访问。使用信号量的头文件是#include <sys/sem.h>
• 信号量的使用规则：
• 若信号量为正，则进程可使用该资源。
• 若信号量为0，则进程阻塞等待，并将进程插入等待队列，直到该信号量的值大于0从等待队列中执行进程请求。
• 加锁操作：如果信号量大于0，则信号量-1；如果信号量为0，则挂起该进程，并将这个进程插入等待队列。
• 解锁操作：如果等待队列中有进程则唤醒该进程，让它恢复运行；否则，信号量+1。
• Linux下使用信号量的常用函数：
• semget(key, num_sems, sem_flags)：创建新的信号量或取得已有的信号量，key表示信号量的键值，不相关进程使用同一个key来访问同一个信号量，num_sems表示信号量个数（一般为1），sem_flags表示信号量访问权限，用IPC_CREAT与权限位与可保证信号量不存在时新建一个。函数返回一个int类型的数值，表示信号量的标识符。
• semop(sem_id, sem_opa, num_sem_ops)：改变信号量的值，改变操作在sem_opa中，sem_opa是sumbuf结构体对象，使用方法如下：

  struct sembuf
  {  
     short sem_num;   //除非使用一组信号量，否则它为0  
     short sem_op;    //信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P操作（加锁）；一个是+1，即V操作（解锁）
     short sem_flg;   //通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量  
  };

• semctl(sem_id, sem_num, command, semun)：控制信号量。commond中有：SETVAL初始化信号量为一个值，该值再semun结构体的val字段；IPC_RMID用于删除一个无需继续使用的信号量。
• 信号量的使用实例，同时开两个进程，每个进程中都用信号量同步临界区，在临界区中向屏幕打印字符：

  #include <unistd.h>
  #include <sys/types.h>
  #include <sys/stat.h>
  #include <fcntl.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <stdio.h>
  #include <string.h>
  #include <sys/sem.h>
   
  union semun
  {
      int val;
      struct semid_ds *buf;
      unsigned short *arry;
  };
   
  static int sem_id = 0;
  static int set_semvalue();
  static void del_semvalue();
  static int semaphore_p();
  static int semaphore_v();
   
  int main(int argc, char *argv[])
  {
      char message = \'X\';
      int i = 0;
   
      //创建信号量
      sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT);
   
      if(argc > 1)
      {
          //程序第一次被调用，初始化信号量
          if(!set_semvalue())
          {
              fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\\n");
              exit(EXIT_FAILURE);
          }
          //设置要输出到屏幕中的信息，即其参数的第一个字符
          message = argv[1][0];
          sleep(2);
      }
      for(i = 0; i < 10; ++i)
      {
          //进入临界区
          if(!semaphore_p())
              exit(EXIT_FAILURE);
          //向屏幕中输出数据
          printf("%c", message);
          //清理缓冲区，然后休眠随机时间
          fflush(stdout);
          //离开临界区，休眠随机时间后继续循环
          if(!semaphore_v())
              exit(EXIT_FAILURE);
          sleep(2);
      }
   
      sleep(3);
      printf("\\n%d - finished\\n", getpid());
   
      if(argc > 1)
      {
          //如果程序是第一次被调用，则在退出前删除信号量
          sleep(3);
          del_semvalue();
      }
      exit(EXIT_SUCCESS);
  }
   
  static int set_semvalue()
  {
      //用于初始化信号量，在sem_union的val字段中设置信号量初值。使用信号量之前必须先初始化！
      union semun sem_union;
      sem_union.val = 1;
      if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1)
          return 0;
      return 1;
  }
   
  static void del_semvalue()
  {
      //删除信号量
      union semun sem_union;
      if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
          printf("Failed to delete semaphore\\n");
  }
   
  static int semaphore_p()
  {
      //对信号量做减1操作，即加锁 P（sv）
      struct sembuf sem_b;
      sem_b.sem_num = 0;
      sem_b.sem_op = -1;   //P()
      sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
      if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
      {
          printf("semaphore_p failed\\n");
          return 0;
      }
      return 1;
  }
   
  static int semaphore_v()
  {
      //这是一个释放操作，它使信号量变为可用，即解锁 V（sv）
      struct sembuf sem_b;
      sem_b.sem_num = 0;
      sem_b.sem_op = 1;   //V()
      sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
      if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
      {
          printf("semaphore_v failed\\n");
          return 0;
      }
      return 1;
  }

    　　ps：以上代码参考自https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10243617，运行结果如下：