Linux之信号量

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信号量

1.概念：

本质上是一个计数器，用于协调多个进程对共享数据对象的读/写。保证共享资源在一个时刻只有一个进程独享。可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。

临界资源：多道程序系统中存在许多进程，它们共享各种资源，然而有很多资源一次只能供一个进程使用。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。

用ipcs -s 可以查看系统的信号量。

用ipcrm sem + 信号量编号，可以手动删除信号量。

2.二元信号量和通用信号量

信号量实际上是一个计数器，最简单的信号量是取值0和1的二元信号量，这是信号量最常见的形式，1表示可以访问，0表示加锁。

3.函数

//创建或获取一个信号量组，成功会返回信号量集 ID ，失败返回 -1
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
//对信号量组进行操作，改变信号量的值，成功返回 0，失败返回 -1 （用于 PV 操作）
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);    
//控制信号量的相关信息 （用于给信号量初始化）
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
 

1、semget函数

semget函数用来获取或创建信号量。

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

• 参数key是信号量的键值，typedef unsigned int key_t，是信号量在系统中的编号，不同信号量的编号不能相同。key用十六进制表示比较好。
• 参数nsems是创建信号量集中信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效，这里固定填1。
• 参数sem_flags是一组标志，如果希望信号量不存在时创建一个新的信号量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。如果没有设置IPC_CREAT标志并且信号量不存在，就会返会错误。
• 如果semget函数成功，返回信号量集的标识；失败返回-1。

2、semctl函数

（1）该函数用来控制信号量（用于设置信号量的初始值和销毁信号量）

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

• 参数semid是由semget函数返回的信号量标识。
• 参数sem_num是信号量集数组上的下标，表示某一个信号量，填0。
• 参数cmd是对信号量操作的命令种类，常用的有以下两个：

        IPC_RMID：销毁信号量，不需要第四个参数；

        SETVAL：初始化信号量的值（信号量成功创建后，需要设置初始值），这个值由第四个参数决定。第四参数是一个自定义的共同体，如下：

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

（2）初始化信号量的值为1，信号量可用。

  union semun sem_union;
  sem_union.val = 1;
  semctl(semid,0,SETVAL,sem_union);

（3）销毁信号量。

  semctl(semid,0,IPC_RMID);

3、semop函数

该函数有两个功能：

1. 等待信号量的值变为1，如果等待成功，立即把信号量的值置为0，这个过程也称之为等待锁；
2. 把信号量的值置为1，这个过程也称之为释放锁。

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

• 参数semid是由semget函数返回的信号量标识。
• 参数nsops是操作信号量的个数，即sops结构变量的个数，设置它的为1（只对一个信号量的操作）。
• 参数sops是一个结构体，如下：

struct sembuf
{
  short sem_num;   // 信号量集的个数，单个信号量设置为0。
  short sem_op;    // 信号量在本次操作中需要改变的数据：-1-等待操作；1-发送操作。
  short sem_flg;   // 把此标志设置为SEM_UNDO，操作系统将跟踪这个信号量。
                   // 如果当前进程退出时没有释放信号量，操作系统将释放信号量，避免资源被死锁。
};

示例：

1）等待信号量的值变为1，如果等待成功，立即把信号量的值置为0；

  struct sembuf p_sem;
  p_sem.sem_num = 0;
  p_sem.sem_op = -1;
  p_sem.sem_flg = SEM_UNDO;
  semop(sem_id, &p_sem, 1);

2）把信号量的值置为1。

  struct sembuf v_sem;
  v_sem.sem_num = 0;
  v_sem.sem_op = 1;
  v_sem.sem_flg = SEM_UNDO;
  semop(sem_id, &v_sem, 1);

demo:

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

union semun {
               int              val;    /* Value for SETVAL */
               struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
               unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
               struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
                                           (Linux-specific) */
};

void p_sem(int semid)
{
        struct sembuf p_sembuf;
        p_sembuf.sem_num = 0;
        p_sembuf.sem_op = -1;
        p_sembuf.sem_flg = SEM_UNDO;
        if(semop(semid,&p_sembuf,1) == -1){
                perror("semop p error");
        }
}

void v_sem(int semid)
{
        struct sembuf v_sembuf;
        v_sembuf.sem_num = 0;
        v_sembuf.sem_op = 1;
        v_sembuf.sem_flg = SEM_UNDO;
        if(semop(semid,&v_sembuf,1) == -1){
                perror("semop v error");
        }
}
int main()
{
        int semid;
        key_t key;
        pid_t pid;
        int i;

        key = ftok("./",1);

        semid = semget(key,1,IPC_CREAT|0666);//获取创建信号量

        union semun sem_union;
        sem_union.val = 1;
        if(semctl(semid,0,SETVAL,sem_union) == -1) perror("semctl error!");

        if((pid = fork()) > 0){
                sleep(1);
                p_sem(semid);//等待锁并加锁
                printf("in father process\n");
                for(i=0;i<3;i++){
                        printf("father i=%d\n",i);
                        sleep(1);
                }
                v_sem(semid);//释放锁
               semctl(semid,0,IPC_RMID);//销毁锁
        }

        if(pid == 0){
                p_sem(semid);//等待锁并加锁
                printf("in child process\n");
                for(i=0;i<3;i++){
                        printf("child i=%d\n",i);
                        sleep(1);
                }
                v_sem(semid);//释放锁
        }

        if(pid < 0){
                perror("fork error");
                exit(-1);
        }

        return 0;
}