【Linux】进程间通信之信号量篇
在Linux中支持System V 进程通信的手段有三种：消息队列（Message queue）、信号量（Semaphore）、共享内存（Shared memory）。消息队列点击打开链接、共享内存点击打开链接，今天我们主要来看信号量。。。。
在看信号量之前，我们先来看几个概念
进程互斥：由于各进程要求共享资源，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程竞争使用这些资源，进程的这种关系为进程的互斥。也就是说一个资源每次只能被一个进程访问。
进程同步：在访问资源的时候，以某种特定顺序的方式区访问资源，也就是多个进程需要相互配合共同完成一项资源。
临界资源（互斥资源）：系统中某些资源一次只允许一个进程使用。
临界区：在进程中涉及到互斥资源的程序段。
原子性：不可被中断的操作，通俗点就是一件事情只会有两种情况，要么是做了，要么就没做。
信号量是什么
（1）信号量本质上是一个具有原子性的计数器，用来描述临界资源的，不能用全局变量count加加减减替换（因为他没有原子性）。
（2）信号量以保护临界资源为目的，但他本身也是个临界资源；他控制多个进程对共享资源的访问，通常描述临界资源当中，临界资源的数量，常常被当做锁来使用，防止一个进程访问另外一个进程正在使用的资源
（3）其中最简单的信号量=1，也叫做二元信号量（互斥锁），可控制单个资源，只能取0和1；信号量>=2为多远信号量
为什么要使用信号量
其实还是要拿临界资源来说，进程间通信时，可能会出现多个进程同时区访问同一临界资源，那这个时候就会出现让谁来访问的问题，为了防止出现这样的矛盾，我们需要一种方法，控制在任意时刻只能有一个执行线程来访问临界区，而信号量就是解决这种矛盾的一种机制，信号量就是用来协调进程对共享资源的访问的。
信号量的特点
（1）同消息队列一样，生命周期随内核，当进程结束的时候，信号来那个还没有被销毁;
（2）信号量并非是单个非负值，而必须定义为含有一个或多个信号量值的集合，当创建信号量的时候，需要制定集合当中信号量的数量
（3）信号量的创建和初始化不能同时进行，因为操作不具有原子性，由于不互斥，可能会导致创建后未初始化就被另一个进程获取。
信号量的P、V操作---->必须保证操作的原子性
（1）信号量：互斥---->P、V在同一进程中
同步---->P、V不在同一进程中
（2）信号量值含义：S>0:S表示可用资源的个数
S=0:S表示无可用资源，无等待进程
S<0:|S|表示等待队列中进程个数
为了更好理解信号量以及P、V操作，看下面的伪代码
信号量本质上是一个计数器
struct semaphore
{
int count;//计数
pointer_PCB queue;//等待队列
}P操作
P(s)//申请资源
{
s.count=s.count--;//申请成功，资源减1
if(s.count<0)
{
//该进程状态置为等待状态
//将该进程的PCB插入相应的等待队列s.queue末尾
}
}V操作
V（s）
{
s.count=s.cout++;//释放资源
if(s.count<=0)
{
//唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程
//改变其状态为就绪态
//并将其插入就绪队列
}
}信号集结构
struct semid_ds {
struct ipc_perm sem_perm; /* Ownership and permissions */
time_t sem_otime; /* Last semop time */
time_t sem_ctime; /* Last change time */
unsigned short sem_nsems; /* No. of semaphores in set */
};相关函数
//头文件
#include
//1.ftok--->获取key值
#include
#include
key_t ftok(const char* pathname,int id)//pathname:路径名 id:项目id，非0整数（只有低8位有效） //2.semget函数
int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
//参数：key-->信号集的名字
//nsems：信号集中信号量的个数
//semflg：由九个权限构成，用法和创建文件时使用的mode模式一样
//返回值：成功返回一个非负整数，即该信号集的标识码；失败返回-1
//semctl函数
int semctl(int semid,int semnum,int cmd,...);
//参数：
//semid:mesget返回的信号集标识码
//semnum：信号集中信号量的序号
//cmd：将要采取的动作（有三个取值）
//最后一个参数根据命令不同而不同
//返回值：成功返回0；失败返回-1
第四个参数是可选的，如果使用该参数，则他的类型是semun，它是一个联合
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *_buf;
}//4semop函数
int semop(int semid,struct sembuf* sops,unsigned nsops);
//参数：
//semid:semget函数返回值（信号量的标识码）
//sops：是指向一个结构数值的指针
//nsops：信号量的个数
//返回值：成功返回0，失败返回-1【sembuf结构体】
sembuf结构体：
struct sembuf {
short sem_num;//信号量的编号0,1,.....nsems-1
short sem_op;//信号量一次PV操作时加减的数值（一个是“-1”，也就是P操作，等待信号量变得可用；另一个是“+1”，也就是我们的V操作，发出信号量已经变得可用）
short sem_flg;//两个取值是IPC_NOWAIT或SEM_UND
};
【信号量实例】
下面所示例子是利用信号量，实现了父子进程的互斥
如果使用了P/V操作会出现如下情况
如果未使用P/V操作呢？
【实现代码】
Makefile
comm.h
#ifndef __COMM_H_
#define __COMM_H_
#include
#include
#include
#include
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x4444
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *_buf;
};
int createsemset(int nums);//创建sem
int initsem(int semid,int nums,int initval);
int getsemset(int nums);
int P(int semid,int who);//申请资源
int V(int semid,int who);//释放资源
int destroysemset(int semid);//销毁资源
#endif //__COMM_H_ comm.c
#include"comm.h"
static int commsemset(int nums,int flags)
{
key_t key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
if(key<0){
printf("ftok error\n");
return -1;
}
int semid=semget(key,nums,flags);
if(semid<0){
printf("semget error\n");
return -2;
}
return semid;
}
int createsemset(int nums)
{
return commsemset(nums,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}
int getsemset(int nums)
{
return commsemset(nums,IPC_CREAT);
}
int initsem(int semid,int nums,int initval)
{
union semun _un;
_un.val=initval;
if(semctl(semid,nums,SETVAL,_un)<0){
printf("semctl error\n");
return -1;
}
return 0;
}
static int commPV(int semid,int who,int op)
{
struct sembuf _buf;
_buf.sem_num=who;
_buf.sem_op=op;
_buf.sem_flg=0;
if(semop(semid,&_buf,1)<0){
printf("semop error\n");
return -1;
}
return 0;
}
int P(int semid ,int who)
{
return commPV(semid,who,-1);
}
int V(int semid,int who)
{
return commPV(semid,who,1);
}
int destroysemset(int semid)
{
if(semctl(semid,0,IPC_RMID)<0){
printf("semctl error");
return -1;
}
} 【测试代码】test.c
#include "comm.h"
int main()
{
int semid=createsemset(1);
initsem(semid,0,1);
pid_t id=fork();
if(id==0){
int ssemid=getsemset(0);
while(1){
//P(ssemid,0);
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(101000);
printf("A ");
fflush(stdout);
usleep(100000);
//V(ssemid,0);
}
}else{
while(1)
{
//P(semid,0);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(100100);
printf("B ");
fflush(stdout);
usleep(120000);
//V(semid,0);
}
wait(NULL);
}
destroysemset(semid);
return 0;
}【封装】
1、使用gcc将上述文件生成静态库
【注】在第四步时，链接时-l参数后不加空格制定所需链接的库（库名虽然是libmysem.a,但是这里只需要给出-lmysem）；
-L指定库路径，这里的-L.(指的是当前路径)；
其中目标文件生成后，静态库删除，程序照样可以运行
2、使用gcc生成动态库
【注】
使用ldd test命令查看test使用动态库，如果libmysemshared无法找到，直接执行test就会出现错误。
解决方法：首先使用export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH将当前目录加入LD_LIBRARY_PATH变量中。再次运行ldd test
另一种编译test.c并链接libmymysemshared.so的方式如下（该方式通过./libmymysemshared.so直接指定使用当前目录下的libmymysemshared.so文件）
----->命令：gcc -o test test.c ./libmymysemshared.so
至此,我们已经了解了在Linux中支持System V 进程通信的三种手段。