进程间通信方式（四）：System V 信号量

一、概念

二、特点

三、信号量数据结构

        信号量具有自身特有的数据结构 semid_ds，该结构说明了信号量的一些状态信息等等，详细信息可参阅文件 /usr/include/linux/sem.h 。

struct semid_ds {    
    struct ipc_perm sem_perm;       /* permissions .. see ipc.h */    
    __kernel_time_t sem_otime;      /* last semop time */    
    __kernel_time_t sem_ctime;      /* last change time */    
    struct sem  *sem_base;      	/* ptr to first semaphore in array */    
    struct sem_queue *sem_pending;      	/* pending operations to be processed */    
    struct sem_queue **sem_pending_last;    /* last pending operation */    
    struct sem_undo *undo;          /* undo requests on this array */    
    unsigned short  sem_nsems;      /* no. of semaphores in array */    
};

四、信号量相关函数

1. semget

• 【头文件】：#include 、#include 、#include
• 【函数原型】：int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
• 【功能】：创建或访问一个信号量集
• 【参数】：

        （1）key：信号量集的键值，由 ftok() 生成
        （2）nsems：信号量集中信号量的个数
        （3）semflg：权限标志位，由两部分组成，一部分为IPC对象存取权限（含义同 ipc_perm 中的 mode），另一部分为IPC对象创建模式标志（IPC_CREAT、IPC_EXCL），一般会将这两部分进行 | 运算，从而完成对IPC对象创建的管理

• 【返回值】：成功返回一个信号量集标识符（非负整数）；失败则返回 -1，并将 errno 设置为错误标识符

创建或打开一个 IPC 对象的逻辑流程图

【示例】：演示 IPC_CREAT|IPC_EXCL 的使用效果
【代码】：

#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
         
int main() {        
    extern int errno;    
    int semid = semget(0x123, 1, 0644|IPC_CREAT|IPC_EXCL);                                                                                            
    if(semid == -1) {    
        printf("semget error!\n");    
        printf("errno: %d\n", errno);    
        perror("result");    
        return -1;    
    }    
    printf("semget success!\n");    
    return 0;    
}

【执行结果】：


【分析】：
        从执行结果来看，当我们第一次运行程序时，成功创建了信号量集。但是，当第二次运行程序后，发现创建失败，errno 被置为17，也就是 EEXIST，错误信息为 File exists，出现这样的结果是因为我们在第一次程序运行后，该信号量集就已经在系统中存在了，而我们在创建信号量集又使用了 IPC_EXCL，这才导致 shmget 出错返回。

2. semctl

• 【头文件】：#include 、#include 、#include
• 【函数原型】：int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
• 【功能】：获取或设置信号量集的有关信息
• 【参数】：

        （1）semid：信号量集标识符
        （2）semnum：当前信号量集中的哪一个信号量（下标从0开始）
        （3）cmd：对信号量集要采取的动作

取值	说明
SETVAL	设置信号量集中信号量的计数值
GETVAL	获取信号量集中信号量的计数值
IPC_STAT	读取信号量集的 semid_ds 结构信息，并将其存储在第四个参数 buf 指定的地址空间中
IPC_SET	设置信号量集的 semid_ds 结构信息，这些取值来自于第四个参数 buf 指定地址空间中的参数（需要足够权限）
IPC_RMID	删除信号量集

        （4）… ：这个参数取决于cmd

• 【返回值】：成功时具体的返回值依赖于cmd；失败则返回 -1，并将errno设置为错误标识符

【示例】：演示 IPC_STAT 的使用效果
【代码】：

#include          
#include      
#include        
#include        
                           
int main() {               
    int semid = semget(0x123, 1, 0644|IPC_CREAT);    
    if(semid == -1) {      
        printf("semget error!\n");    
        return -1;         
    }                      
                           
    struct semid_ds buf;    
    if(semctl(semid, 0, IPC_STAT, &buf) == -1) {                                                                                       
        printf("semctl error!\n");    
        return -1;
    }
    
    printf("buf.sem_perm.mode = %o\n", buf.sem_perm.mode);
    printf("buf.sem_perm.__key = %x\n", buf.sem_perm.__key);
                           
    return 0;              
}

【执行结果】：

3. semop

• 【头文件】：#include 、#include 、#include
• 【函数原型】：int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
• 【功能】：对信号量集中的信号量进行 PV 操作
• 【参数】：

        （1）semid：信号量集标识符
        （2）sops：指向存储信号操作结构的数组指针
        （3）nsops：进行操作信号量的个数

• 【返回值】：成功时返回 0；失败则返回 -1，并将errno设置为错误标识符

五、综合应用