Linux _sem 信号量 V_P

信号量

1. 问题
   程序中，有时存在一种特殊代码，
   最多只允许一个进程执行该部分代码。
   这部分区域，称为“临界区”

   然而在多进程并发执行时，当一个进程进入临界区，因某种原因被挂起时，
   其他进程就有可能也进入该区域。

   解决办法：使用信号量

2. 什么是信号量
   信号量，是一种特殊的变量。
   只能对信号量执行P操作和V操作

   P操作， 如果信号量的值 > 0, 则把该信号量减1
   如果信号量的值 ==0, 则挂起该进程。

   V操作: 如果有进程因该信号量而被挂起，则恢复该进程运行
   如果没有进程因该信号量而挂起，则把该信号量加1

   注意：P操作、V操作都是原子操作，即其在执行时，不会被中断。

   注意：此指的“信号量”是指System V IPC的信号量，
   与线程所使用的信号量不同。
   该信号量，用于进程间通信。

3. 信号量的使用

   1) 信号量的获取
   semget

   原型：int semget(key_t key,   int nsems,   int semflg);
   功能：获取一个已存在的、或创建一个新的信号量量，返回该信号量的标识符
   参数：key, 键值，该键值对应一个唯一的信号量。
                  类似于共享内存的键值。
                  不同的进程可通过该键值和semget获取唯一的信号量。
                  特殊键值：IPC_PRIVATE, 该信号量只允许创建者本身， 可用于父子进程间通信。
            nsems, 需要的信号量数目，一般取1
            sem_flags， 与共享内存的sem_flags类似。
                               IPC_CREAT, 如果该信号量未存在，则创建该信号量
                                                  如果该信号量已存在，也不发送错误。
   返回值： 成功，则返回一个正数
               失败,   返回返回-1
   

   2) 信号量的操作
   semop

   原型：int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
   功能：改变信号量的值，即对信号量执行P操作、或V操作。
   参数：semid, 信号量标识符， 即semget的返回值
   sops, 是一个数组，元素类型为struct sembuf

                     struct sembuf {
                          short  sem_num;  //信号量组中的编号（即指定对哪个信号量操作）
                                                     //semget实际是获取一组信号量
                                                     //如果只获取了一个信号量，则该成员取0
                          short  sem_op;     //   -1,  表示P操作
                                                     //   1,  表示V操作
                          short  sem_flg;     // SEM_UNDO : 如果进程在终止时，没有释放信号量
                                              // 如果不设置指定标志，应该设置为0                                 则，自动释放该信号量                     
                     }        
   
          nsops, 表示第二个参数sops所表示的数组的大小，
                    即表示有几个struct sembuf
   

   返回值： 失败， 返回-1
   成功， 返回 0

   3) 信号量的控制
   semctl
   原型：int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, …);
   功能：对信号量进行控制
   参数：semid, 信号量标识符
   sem_num, 信号量组中的编号，如果只有一个信号量，则取0
   cmd， SETVAL 把信号量初始化为指定的值，具体的值由第4个参数确定
   注意：只能对信号量初始化一次，
   如果在各进程中，分别对该信号量进行初始化，则可能导致错误！
   IPC_RMID 删除信号量
   参数4,
   类型为：union semun {
   int val; // SETVAL命令要设置的值
   struct semid_ds *buf;
   unsigned short *array;
   }
   注意：union semun类型要求自己定义
   有些Linux发行版在sys/sem.h中定义，有些发行版则没有定义。

                可自定义如下：
                 -------------------------------------------------------------------------------------
                  #if defined(__GNU_LIBRARY__) && !defined(_SEM_SEMUN_UNDEFINED)                          
                   #else
                       union semun {
                           int val;                             
                           struct semid_ds *buf;    
                           unsigned short int *array; 
                           struct seminfo *__buf;  
                       };
                   #endif     
                   --------------------------------------------------------------------------------------            
   

4. 实例
   实例1：不使用信号量，并发执行多个进程，观察对临界区的访问。
   main1.c

   实例2：使用信号量，并发执行多个进程，观察对临界区的访问。
   main2.c (对main1.c改进)

        使用信号量实现对文件操作的互斥访问。
        程序1，对test.txt写入学生记录信息10条
        程序2，对test.txt写入教师记录信息10条
        程序1和程序2并发执行
   
        main3/write_teacher.c
        main3/write_student.c
        main3/write.h
   
        注意：1）在临界区内异常退出时，一定要先释放信号量
                 2）信号量只初始化一次
   

买票进程
//信号量s,已经初始化为0

P(s);
if (count > 0) {
printf(“sold NO. %d\n”, count);
}
count–;
V(s);

//进程的互斥
//操作原语

./a.out 1

./a.out

1、 本地
init

服务器
时间服务进程
用户进程A

ODU
MODEM 
CLI
WEB

CONTROL

客户端

1. 网络

服务器
客户端

信号量的作用:
1)进程之间的互斥
2)进程之间的同步

进程1
            向文件test.txt写入数据



进程2
            从文件test.txt读取数据