linux进程间通信之信号量(semaphore)

信号量函数定义如下：

int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);  
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);  
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);  

函数原型： int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

函数功能： semget函数创建一个新的信号量或是获得一个已存在的信号量键值。

参数：
key： 是一个用来允许不相关的进程访问相同信号量的整数值。所有的信号量是为不同的程序通过提供一个key来间接访问的，对于每一个信号量系统 生成一个信号量标识符。信号量键值只可以由semget获得，所有其他的信号量函数所用的信号量标识符都是由semget所返回的。
       还有一个特殊的信号量key值，IPC_PRIVATE(通常为0)，其作用是创建一个只有创建进程可以访问的信号量。这通常并没有有用的目的，而幸运的是，因为在某些Linux系统上，手册页将IPC_PRIVATE并没有阻止其他的进程访问信号量作为一个bug列出。

num_sems： 是所需要的信号量数目。这个值通常总是1。

sem_flags： 是一个标记集合，与open函数的标记十分类似。低九位是信号的权限，其作用与文件权限类似。另外，这些标记可以与 IPC_CREAT进行或操作来创建新的信号量。设置IPC_CREAT标记并且指定一个已经存在的信号量键值并不是一个错误。如果不需 要，IPC_CREAT标记只是被简单的忽略。我们可以使用IPC_CREAT与IPC_EXCL的组合来保证我们可以获得一个新的，唯一的信号量。如果 这个信号量已经存在，则会返回一个错误。

返回值： 如果成功，semget函数会返回一个正数；这是用于其他信号量函数的标识符。如果失败，则会返回-1。

函数原型： int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);

函数功能： 函数semop用来改变信号量的值：

参数：
sem_id： 是由semget函数所返回的信号量标识符。

sem_ops： 是一个指向结构数组的指针，其中的每一个结构至少包含下列成员：

struct sembuf {
    short sem_num;
    short sem_op;
    short sem_flg;
}

      第一个成员，sem_num，是信号量数目，通常为0，除非我们正在使用一个信号量数组。sem_op成员是信号量的变化量值。（我们可以以任何量改变信 号量值，而不只是1）通常情况下中使用两个值，-1是我们的P操作，用来等待一个信号量变得可用，而+1是我们的V操作，用来通知一个信号量可用。
      最后一个成员，sem_flg，通常设置为SEM_UNDO。这会使得操作系统跟踪当前进程对信号量所做的改变，而且如果进程终止而没有释放这个信号量， 如果信号量为这个进程所占有，这个标记可以使得操作系统自动释放这个信号量。将sem_flg设置为SEM_UNDO是一个好习惯，除非我们需要不同的行 为。如果我们确实变我们需要一个不同的值而不是SEM_UNDO，一致性是十分重要的，否则我们就会变得十分迷惑，当我们的进程退出时，内核是否会尝试清 理我们的信号量。

semop的所用动作会同时作用，从而避免多个信号量的使用所引起的竞争条件。我们可以在手册页中了解关于semop处理更为详细的信息。

函数原型： int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);

函数功能： semctl函数允许信号量信息的直接控制：

参数：
sem_id： 是由semget所获得的信号量标识符。

sem_num：信号量数目。当我们使用信号量数组时会用到这个参数。通常，如果这是第一个且是唯一的一个信号量，这个值为0。

command： 要执行的动作。如果提供了额外的参数，则是union semun，根据X/OPEN规范，这个参数至少包括下列参数：

    union semun {  
        int val;  
        struct semid_ds *buf;  
        unsigned short *array;  
    }  

      许多版本的Linux在头文件(通常为sem.h)中定义了semun联合，尽管X/Open确认说我们必须定义我们自己的联合。如果我们发现我们确实需 要定义我们自己的联合，我们可以查看semctl手册页了解定义。如果有这样的情况，建议使用手册页中提供的定义，尽管这个定义与上面的有区别。

有多个不同的command值可以用于semctl。在这里我们描述两个会经常用到的值。要了解semctl功能的详细信息，我们应该查看手册页。

这两个通常的command值为：

SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID：当信号量不再需要时用于删除一个信号量标识。

返回值： semctl函数依据command参数会返回不同的值。对于SETVAL与IPC_RMID，如果成功则会返回0，否则会返回-1。

例子：

#include   
#include   
#include   


#include   
#include   
#include   


#include "semun.h"  


static int set_semvalue(void);
static void del_semvalue(void);
static int semaphore_p(void);
static int semaphore_v(void);


static int sem_id;


int main(int argc, char **argv)
{
	int i;
	int pause_time;
	char op_char = 'O';


	srand((unsigned int)getpid());


	sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT);


	if (argc > 1)
	{
		if (!set_semvalue())
		{
			fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore/n");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		op_char = 'X';
		sleep(2);
	}
	
	for (i = 0; i<10; i++)
	{
		if (!semaphore_p()) exit(EXIT_FAILURE);
		printf("%c", op_char); fflush(stdout);
		pause_time = rand() % 3;
		sleep(pause_time);
		printf("%c", op_char); fflush(stdout);
		if (!semaphore_v()) exit(EXIT_FAILURE);


		pause_time = rand() % 2;
		sleep(pause_time);
	}


	printf("/n%d - finished/n", getpid());


	if (argc > 1)
	{
		sleep(10);
		del_semvalue();
	}


	exit(EXIT_SUCCESS);
}

static int set_semvalue(void)
{
	union semun sem_union;


	sem_union.val = 1;
	if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return 0;
	return 1;
}

static void del_semvalue(void)
{
	union semun sem_union;


	if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
		fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore/n");
}

static int semaphore_p(void)
{
	struct sembuf sem_b;


	sem_b.sem_num = 0;
	sem_b.sem_op = -1;
	sem_b.sem_flag = SEM_UNDO;
	if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "semaphore_p failed/n");
		return 0;
	}
	return 1;
}

static int semaphore_v(void)
{
	struct sembuf sem_b;


	sem_b.sem_num = 0;
	sem_b.sem_op = 1;
	sem_b.sem_flag = SEM_UNDO;
	if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
	{
		fprintf(stderr, "semaphore_v failed/n");
		return 0;
	}
	return 1;
}

运行结果：

OOXXOOXXOOXXOOXXOOXXOOOOXXOOXXOOXXOOXXXX 

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