Linux进程间通信2——信号量1

目录

1.信号量的引例

2.信号量的介绍

3.信号量的接口介绍

3.1 semget

3.2 semop

3.3 semctl

4.利用信号量解决引例中存在的问题

5.ipcs命令

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1.信号量的引例

不加控制模拟使用打印机：

比如：进程a和进程b模拟访问打印机，进程a输出第一个字符‘a’表示开始使用打印机，输出第二个字符‘a’表示结束使用，b进程操作与a进程操作相同。

思路：

具体代码如下：

//a.c
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    int i=0;
    for(;i<5;i++)
    {   
        printf("A");//开始使用
        fflush(stdout);
        int n=rand()%3;
        sleep(n);//模拟使用打印机
        printf("A");//使用结束
        fflush(stdout);
        n=rand()%3;
        sleep(n);//使用结束后去做其他事情
    }   
    
}

//b.c
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    int i=0;
    for(;i<5;i++)
    {   
        printf("B");//开始使用
        fflush(stdout);
        int n=rand()%3;
        sleep(n);//模拟使用打印机
        printf("B");//使用结束
        fflush(stdout);
        n=rand()%3;
        sleep(n);//使用结束后去做其他事情
    }   
    
}

其实，正确的结果应该是：

由于打印机同一时刻只能被一个进程使用，所以输出结果不应该出现ABAB这样交替的结果；我们上面得到的都是错误的结果。

2.信号量的介绍

信号量就是控制某个进程能够对某个资源进行访问；保证同一时刻只能由一个进程对某个资源进程访问

信号量是一个特殊的变量，对信号量的操作都是一个原子操作（不能被打断的操作）；

打印机

信号量是一个特殊的变量，一般取正数值。它的值代表允许访问的资源数目，获取资源时，需要对信号量的值进行原子减一，该操作被称为P操作。当信号量为0时，代表没有资源可用，P操作会阻塞。释放资源时，需要对信号量的值进行原子加一，该操作称为V操作（V操作不会阻塞）。信号量主要用来同步进程。信号量的值如果只取0，1，将其称为二值信号量。如果信号量的值大于1，则称之为计数信号量。

注意：正数值；加1，减1是一个原子操作。

临界资源：是同一时刻，只允许被一个进程或者线程访问的资源（硬件，例如打印机）；

临界区：访问临界资源的代码段（软件）；

3.信号量的接口介绍

3.1 semget

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

创建或者获取一个已经存在的信号量；

key:两个进程使用相同的key值，就可以使用同一个信号量；

nsems:创建几个信号量；

semflg:标志位；如果为创建：IPC_CREAT;

如果为全新创建，也就是不知道是否有人创建过，则 IPC_CREAT|IPC_EXCL，就是如果没有则创建，如果有则创建失败；

返回值为信号量的id号；

3.2 semop

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

对信号量进行改变，做P操作或者V操作；

semid:信号量的id号，也就是刚才semget的返回值，说明对哪个信号量进行操作；

sops:结构体指针，指向sembuf的结构体指针，sembuf结构体有三个成员变量：sem_num表示信号量的编号（即指定信号量集中的信号量下标）；sem_op表示是p操作还是v操作；1为v操作（加1），-1为p操作（减1）；sem_flg为标志位；

nsops：结构体的大小；

3.3 semctl

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

对信号量进行控制：初始化/删除信号量

semid:信号量id;

semnum:信号量编号；

cmd:命令：SETVAL：初始化信号量；       IPC_RMID:删除信号量；

...：如果是初始化，是信号量的初始值；如果是删除信号量，是空，不写。

注意：联合体semun,这个联合体需要自己定义；

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) */
         };

val:信号量的值；其它成员为进程间通信的一些信息。

4.利用信号量解决引例中存在的问题

思路：

代码如下：

//sem.h
#include 
#include 
#include 

union semun{
    int val;
};

void sem_init();
void sem_p();
void sem_v();
void sem_destory();

//sem.c
#include "sem.h"

static int semid=-1;

void sem_init()
{
    semid=semget((key_t)1234,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);
    if(semid==-1)//可能是信号量已经被创建过，此时只需要获取已创建的信号量id即可
    {   
        semid=semget((key_t)1234,1,0600);
        if(semid==-1)//真正的失败，发生概率较小
        {
            perror("semget error!\n");
        }
    }   
    else//全新创建成功,需要初始化
    {   
        union semun a;
        a.val=1;
        if(semctl(semid,0,SETVAL,a)==-1)
        {
            perror("semget error");
        }
    }   
}

void sem_p()
{
    struct sembuf buf;
    buf.sem_num=0;//信号量编号
    buf.sem_op=-1;//P操作
    buf.sem_flg=SEM_UNDO;//UNDO保证安全，记下p操作，如果发生异常自动释放，防止死锁
    if(semop(semid,&buf,1)==-1)
    {
        perror("p error");
    }
}


void sem_v()
{
    struct sembuf buf;
    buf.sem_num=0;//信号量编号
    buf.sem_op=1;//V操作
    buf.sem_flg=SEM_UNDO;
    if(semop(semid,&buf,1)==-1)
    {
        perror("v error");
    }
}

void sem_destory()
{
    if(semctl(semid,0,IPC_RMID)==-1)//0表示占位，创建时一起创建，销毁时一起销毁
    {
        perror("destory sem error!\n");
    }

}

//a.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "sem.h"

int main()
{
    int i=0;
    sem_init();
    for(;i<5;i++)
    {   
        sem_p();
        printf("A");//开始使用
        fflush(stdout);
        int n=rand()%3;
        sleep(n);//模拟使用打印机
        printf("A");//使用结束
        fflush(stdout);
        sem_v();//PV操作之间为临界区，尽可能在满足要求的前提下使临界区小
        n=rand()%3;
        sleep(n);//使用结束后去做其他事情
    }   

    sleep(10);//保证a是最后一个需要使用资源的，使用完毕后，销毁信号量
    sem_destory();//销毁只能由一方销毁

    
}

//b.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "sem.h"
int main()
{
    int i=0;
    sem_init();
    for(;i<5;i++)
    {   
        sem_p();
        printf("B");//开始使用
        fflush(stdout);
        int n=rand()%3;
        sleep(n);//模拟使用打印机
        printf("B");//使用结束
        fflush(stdout);
        sem_v();
        n=rand()%3;
        sleep(n);//使用结束后去做其他事情
    }   
    
}

 运行结果：

5.ipcs命令

• ipcs -s:只查看信号量
• ipcs -m:只查看共享内存
• ipcs -q:只查看消息队列
• ipcrm  删除操作：例如：ipcrm -s semid;

重启一下，信号量等自动删除；

上述例子的信号量销毁前：

 信号量销毁后：