linux进程间通信之Posix 信号量用法详解代码举例

Posted 2020-11-20 wudymand

Posix信号量不同于System V信号量的信号量集，Posix信号量是单一的信号量，分为有名信号量和无名信号量。
Posix有名信号量是使用Posix IPC名字标示的信号量，可用于进程和线程间的同步；Posix无名信号量是指基于内存的信号量，存放在共享内存区中，用于进程与线程间的同步。

Posix有名信号量可以是内核维护，也可以在文件系统中维护，这取决于信号量对应的路径名是否映射到了真正的磁盘文件上，如果有映射到则在文件系统中维护，否则在内核中维护，Posix有名信号量由函数sem_open(),sem_close(),sem_unlink(),sem_wait(),sem_trywait(),sem_post(),sem_getvalue()来操作使用。

Posix无名信号量根据sem_init()函数调用时的输入参数不同而分为进程间共享和线程间共享，函数原型int sem_init(sem_t *sem,int shared,unsigned int value); 的第二个参数shared若为0，则表示是线程间共享；若shared是1，则表示是进程间共享，同时第一个参数变量sem_t数据类型变量sem必须驻留在所有希望共享它的进程所共享的内存区中。Posix无名信号量由函数sem_init(),sem_destroy(),sem_wait(),sem_trywait(),sem_post(),sem_getvalue()来操作使用。


Posix信号量相关函数的原型及头文件：
#include <semaphore.h>
sem_t *sem_open(const char*name,int oflag,.../*mode_t mode, unsigned int value*/);
功能：创建一个新的有名信号量或打开一个已存在的有名信号量
返回值：若成功返回指向信号量的指针，该指针用作sem_close(),sem_wait(),sem_trywait(),sem_post,sem_getvalue()的参数；若出错返回SEM_FAILED.
参数：name为路径名；oflag可以是0，O_CREAT或O_CREAT|O_EXCL;mode参数可选是指定权限位，在O_CREAT是有效；value参数可选是指定信号量的初始值，不能超过SEM_VALUE_MAX,二值信号量的初始值通常为1，计数信号量初始值通常大于1。

int sem_close(sem_t *sem);
功能：关闭由sem_open()打开的有名信号量。
返回值：若成功返回0，若失败返回-1


int sem_unlink(const char *name);
功能：从系统中真正删除信号量
返回值：若成功返回0，若失败返回-1


int sem_wait(sem_t *sem);
功能：测试指定信号量的值，如果值大于0，则减1并立即返回；如果值等于0，则调用的进程或线程阻塞进入睡眠，直到该值变为大于0，此时会再减1，函数随后返回。这种“测试病减1”的操作必须是原子的。
返回值：成功返回0，出错返回-1


int sem_trywait(sem_t *sem);
功能：与sem_wait()相同，只是当所测试的指定信号量是0时，并不阻塞进入睡眠，而是返回一个EAGAIN错误。
返回值：成功返回0，出错返回-1


int sem_post(sem_t *sem);
功能：把所指定的信号量值加1，然后唤醒正在等待该信号量值变为正数的任意进程或线程。
返回值：成功返回0，出错返回-1


int sem_getvalue(sem_t *sem, int *valp);
功能：获取指定信号量的当前值存入valp指针中，如果信号量已上锁，则获取值为0或某个负数，绝对值是等待该信号量解锁的线程数。
返回值：成功返回0，出错返回-1.


int sem_int(sem_t *sem, int shared, unsigned int value);
功能：初始化Posix共享内存的无名信号量。
返回值： 出错返回-1.
参数：sem是信号量的指针；shared为0是线程共享，为1是进程共享（sem需驻留共享内存）；value是初始化值。



int sem_destory(sem_t *sem);
功能：摧毁sem_init()初始化的无名信号量。
返回值：成功返回0，出错返回-1
代码举例，父子进程采用二值信号量sem_test.c:

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <sys/types.h>
4. #include <unistd.h>
5. #include <semaphore.h>
6. #include <fcntl.h>
8. #define USE_POSIX_SEM 1
9. #define MYSEM "/mysem"
10. #define RUN_TIMES 5
11. int main(void)
12. {
13. #if USE_POSIX_SEM
14.   sem_t *semId;
15.   int val;
16.   //sem_unlink(MYSEM);
17.   semId=sem_open(MYSEM,O_CREAT,0666,0);
18.   if(SEM_FAILED==semId)
19.   {
20.     printf("sem open failed! ");
21.     return 0;
22.   }
23.   sem_getvalue(semId,&val);
24.   printf("sem_val init=%d ",val);
25.   sem_post(semId);
26.   sem_getvalue(semId,&val);
27.   printf("sem_val after post=%d ",val);
28. #endif
29.   int pid=fork();
30.   if (0==pid)
31.   {
32.    int i;
33.    #if USE_POSIX_SEM
34.    sem_wait(semId);
35.    #endif
36.    for(i=0;i<RUN_TIMES;i++)
37.    {
38.    printf("child running! ");
39.    sleep(1);
40.    }
41.    #if USE_POSIX_SEM
42.    sem_post(semId);
43.    #endif
44.    printf("child end ");
45.    exit(0);
46.   } 
47.   else if (pid>0)
48.   {
49.    int i;
50.    #if USE_POSIX_SEM
51.    sem_wait(semId);
52.    #endif
53.    for(i=0;i<RUN_TIMES;i++)
54.    {
55.     printf("parent running! ");
56.     sleep(1);
57.    }
58.    #if USE_POSIX_SEM
59.    sem_post(semId);
60.    #endif
61.    printf("parent end ");
62.   }
63.   waitpid(pid,NULL,0);
64.   printf("progam finished ");
65.   #if USE_POSIX_SEM
66.   sem_close(semId);
67.   sem_unlink(MYSEM);
68.   #endif
69.   return 0;
70. }

复制代码

运行结果：
$ ./a.out
sem_val init=0
sem_val after post=1
parent running!
parent running!
parent running!
parent running!
parent running!
parent end
child running!
child running!
child running!
child running!
child running!
child end
progam finished

可以看出，父进程先执行，执行5次打印后post 信号量后，子进程才执行。



如果关闭Posix 信号量，条件编译宏设为“#define USE_POSIX_SEM 0”，运行结果为：
$ ./a.out
parent running!
child running!
parent running!
child running!
parent running!
child running!
parent running!
child running!
child running!
parent running!
parent end
child end
progam finished

可以看到父子进程交替执行，存在竞争关系。