linux进程间通信--信号量

Posted 2020-12-03 sucfrperperseverance

信号灯(信号量)集

在多任务操作系统环境下，多个进程或线程会同时运行，多个任务可能可能为了完成同一个目标会相互协作，这样形成任务之间的同步关系；同样，在不同任务之间为了争夺有限的系统资源（硬件或软件资源）会进入竞争状态，这就是任务之间的互斥关系

任务之间的同步与互斥关系存在的根源在于临界资源。临界资源是指同一个时刻只允许有限个（通常只有一个）任务可以访问（读）或修改(写)的资源，通常包括硬件资源和软件资源，访问临界资源的代码称为临界区

POSIX 线程中的同步用的是无名信号量
进程间的同步使用的是IPC 对象[信号灯集]

信号灯集：信号灯集合，每一个信号灯都可以用来表示一类资源，其值表示资源的个数

其中信号量（信号灯集）对应于某一种资源，取一个非负整数值，信号量值指的是当前可用的资源数量，若它为0这意味着目前没有可用的资源

 

1.获得key值

第一种:
　　key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
参数:
@pathname 已经存在的文件路径
@proj_id 获取这个整数的低8bit
返回值:
　　成功返回 key值，失败返回-1

第二种:
将key值指定为IPC_PRIVATE ,当IPC对象在亲缘关系进程间通信的时候

(1)创建信号灯集
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
参数:
@key IPC_PRIVATE , ftok()
@nsems 信号灯集中信号灯的个数 
@semflg IPC_CREAT | 0666,IPC_CREAT | IPC_EXCL
返回值:
成功返回ID,失败返回-1

 

(2)初始化信号灯集中信号灯的值

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);
参数:
@semid 信号灯集的ID
@semnum 信号灯的编号[编号从0开始]
@cmd SETVAL[设置信号灯的值] ,GETVAL(获取信号灯的值),IPC_RMID[删除信号灯集]
返回值:
成功返回0,失败返回-1

思考:将信号灯集中的1号信号灯初始化为1?

其中arg：是union semnum 结构，可能在某些系统中不给出改结构的定义，这时必须由程序员自己定义

union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};

//初始化指定编号的sem_num信号灯集为value

void init_sem_value(int sem_id,int sem_num,int value)
{
　　union semun sem_val;

　　sem_val.val = value;

if(semctl(sem_id,sem_num,SETVAL,sem_val) < 0)
{
...
}

return ;
}

PV原子操作的具体定义：

P操作：如果有可用资源（信号量值大于0），则占用一个资源（信号量值减一，进入临界区代码）；如果没有可用资源（信号值等于0），则被阻塞，直到系统将资源分配给该任务（进入等待队列，一直等到有资源时被唤醒）

V操作：如果该信号量在等待队列中有任务在等待资源，则唤醒一个阻塞任务，如果没有任务等待他，则释放一个资源（信号量值加1）

(3)PV操作
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
功能: 完成PV操作
参数:
 @semid 信号灯集的ID
 @sops 操作方式结构体首地址
 @nsops 操作信号灯的个数
返回值:
成功返回0,失败返回-1

struct sembuf
{
unsigned short sem_num; /* semaphore number  ，信号量的编号，使用单个信号量时，通常取值为0*/
short sem_op; /* semaphore operation  信号量操作，取-1表示P操作，取+1表示V操作*/
short sem_flg; /* operation flags 通常设置为SEM_UNDO,这样在进程没有释放信号量退出时，系统会自动释放该进程中未释放的信号量 */
};

sem_op :
<1>0 等待信号灯的值变成0
<2>1 释放资源,V操作
<3>-1 申请资源,P操作

sem_flg:
0 : 阻塞方式
IPC_NOWAIT : 非阻塞方式调用
SEM_UNDO : 进程结束的时候，它申请的资源自动释放

-----------------------------------------------------------------

P/V操作封装如下：
void P(int sem_id,int sem_num)
{
　　struct sembuf sem;

　　sem.sem_num = sem_num;
　　sem.sem_op = -1;
　　sem.sem_flg = 0;

　　if(semop(sem_id,&sem,1) < 0)
　　{
　　　　....
　　}
}

void V(int sem_id,int sem_num)
{
　　struct sembuf sem;

　　sem.sem_num = sem_num;
　　sem.sem_op = 1;
　　sem.sem_flg = 0;

　　if(semop(sem_id,&sem,1) < 0)
　　{
　　....
　　}
}