信号量的实现

Posted 2020-07-28

信号量的本质是种数据操作锁，它本不具有数据交换的功能，是通过控制其他的通信资源（件，外部设备）来实现进程间通信， 它本只是种外部资源的标识。信号量在此过程中负责数据操作的互斥、同步等功能。

当请求个使信号量来表的资源时，进程需要先读取信号量的值来判断资源是否可。于0，资源可以请求，等于0，资源可，进程会进睡眠状态直资源可。 当进程不再使个信号量控制的共享资源时，信号量的值+1，对信号量的值进的增减 操作均为原操作，这是由于信号量主要的作是维护资源的互斥或多进程的同步访问。 在信号量的创建及初始化上，不能保证操作均为原性。

一、为什么要使信号量
为了防出现因多个程序同时访问个共享资源引发的系列问题，我们需要种法， 它可以通过成并使令牌来授权，在任时刻只能有个执线程访问代码的临界区域。 临界区域是指执数据更新的代码需要独占式地执。信号量就可以提供这样的种访 问机制，让个临界区同时间只有个线程在访问它， 也就是说信号量是来调协进程 对共享资源的访问的。其中共享内存的使就要到信号量。

二、信号量的作原理

由于信号量只能进两种操作等待和发送信号，即P(sv)和V(sv),他们的为是这样的：
P(sv)：如果sv的值于零，就给它减1；如果它的值为零，就挂起该进程的执
V(sv)：如果有其他进程因等待sv被挂起，就让它恢复运，如果没有进程因等待sv挂 起，就给它加1. 举个例，就是两个进程共享信号量sv，旦其中个进程执了P(sv)操作，它将得到信号 量，并可以进临界区，使sv减1。第个进程将被阻进临界区，因为当它试图执
P(sv)时， sv为0，它会被挂起以等待第个进程离开临界区域并执V(sv)释放信号量，这时 第个进程就可以恢复执。

三 、Linux的信号量机制
Linux提供了组精设计的信号量接来对信号进操作，它们不只是针对进制信号量，下将会对这些函数进介绍，但请注意，这些函数都是来对成组的信号量值进 操作的。它们声明在头件sys/sem.h中。 【信号量的意图在于进程间同步，互斥锁和条件变量的意图则在于线程间同步。但是信号 量也可于线程间，互斥锁和条件变量也可于进程间。我们应该使适合具体应的那组原语。】

描述
semctl() 在 semid 标识的信号量集上，或者该集合的第 semnum 个信号量上执 cmd 指定的 控制命令。 (信号量集合索引起始于零。)根据 cmd 不同，这个函数有三个或四个参数。当有四个参数时，第四个参数的类型是 union 。调程序必须按照下式定义这个联合体：
union semun {
int val; // 使的值
struct semid_ds *buf; // IPC_STAT、 IPC_SET 使缓存区
unsigned short *array; // GETALL,、 SETALL使用的数组

Struct seminfo *__buf;//IPC_INFO(linux特有)使用缓存区

};

注意：该联合体没有定义在任何系统头文件中，因此得用户自己声明。<Centos下确实是这样，但是UNIX下不同，不需要自己定义声明>

代码实现如下：

//sem.h

//sem.c

//test.c

运行结果如下：

总结：

信号量的p和v操作都是原子操作，在执行操作时，两个进程共享一个信号量，两个进程之间存在互斥关系。