信号量

Posted 2020-08-30 小荷才楼尖尖角

信号量的主要目的是提供一种进程间同步的方式。

信号量有两种： 有名信号量和无名信号量。无名信号量也被称作基于内存的信号量。 有名信号量通过IPC名字进行进程间的同步，而无名信号量如果不是放在进程间的共享内存区中，是不能用来进行进程间同步的，只能用来进行线程间同步。

信号量有三种操作：

1. 创建一个信号量。创建的过程还要求初始化信号量的值。

     根据信号量取值（代表可用资源的数目）的不同，POSIX信号量还可以分为：

• 二值信号量：信号量的值只有0和1，类似于互斥量，若资源被锁住，信号量的值为0，若资源可用，则信号量的值为1。
• 计数信号量：信号量的值在0到一个大于1的限制值（POSIX指出系统的最大限制值至少要为32767）。该计数表示可用资源的个数。

2. 等待一个信号量（wait）。该操作会检查信号量的值，如果其值小于或等于0，那就阻塞，直到该值变成大于0，然后等待进程将信号量的值减1，进程获得共享资源的访问权限。这整个操作必须是一个原子操作。该操作还经常被称为P操作（荷兰语Proberen，意为：尝试）。

3. 挂出一个信号（post）。该操作将信号量的值加1，如果有进程阻塞着等待该信号量，那么其中一个进程将被唤醒。该操作也必须是一个原子操作。该操作还经常被称为V操作（荷兰语Verhogen，意为：增加）。

 

信号量函数接口

1. 有名信号量的创建和删除

1 #include<semaphore.h>
2 
3 sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
4 sem_t *sem_open(const char*name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value); // 成功返回信号量指针，失败返回SEM_FAILED

sem_open用于创建或打开一个信号量，信号量是通过name参数即信号量的名字来进行标识的。

oflag参数可以为0，O_CREAT，O_EXCL。如果为0表示打开一个已存在的信号量，如果为O_CREAT表示如果信号量不存在就创建一个信号量，如果存在则打开并返回。此时mode和value需要指定。如果为O_CREAT|O_EXCL，表示如果信号量已存在会返回错误。

mode参数用于创建信号量时，表示信号量的权限位，和open函数一样包括：S_IRUSR， S_IWUSR，S_IRGRP，S_IWGRP，S_IROTH， S_IWOTH。

value表示创建信号量时，信号量的初始值。

1 #include <semaphore.h>
2 
3 int sem_close(sem_t *sem);
4 int sem_unlink(const char *name); // 成功返回0,失败返回-1

sem_close用于关闭打开的信号量。当一个进程终止时，内核对其上仍然打开的所有有名信号量自动执行这个操作。调用sem_close关闭信号量并没有把它从系统中删除它，有名信号量是随内核持续的。即使当前没有某个进程打开某个信号量它的值依然保持。直到内核重新自举或调用sem_unlink()删除该信号量。

sem_unlink用于将有名信号量立刻从系统中删除，但信号量的销毁是在所有进程都关闭信号量的时候。

 

2. 信号量的P操作 

1 #include<semaphore.h> 
2 int sem_wait(sem_t *sem);//成功返回0，失败返回-1

sem_wait()用于获取信号量，首先会测试指定信号量的值，如果大于0，就会将它减1并立即返回，如果等于0，那么调用线程会进入睡眠，指定信号量的值大于0。

 

3. 信号量的V操作

1 #include<semaphore.h>
2 int sem_post(sem_t *sem); //成功返回0，失败返回-1

 当一个线程使用完某个信号量后，调用sem_post，使该信号量的值加1，如果有等待的线程，那么会唤醒等待的线程。

 

4. 获取当前信号量的值

1 #include<semaphore.h>
2 int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval); //成功返回0，失败返回-1

该函数返回当前信号量的值，通过sval输出参数返回，如果当前信号量已经上锁（即同步对象不可用），那么返回值为0，或为负数，其绝对值就是等待该信号量解锁的线程数。