Linux信号量PV操作

Linux信号量PV操作
semop操作中：sembuf结构的sem_flg成员可以为0、IPC_NOWAIT、SEM_UNDO 。为SEM_UNDO时，它将使操作系统跟踪当前进程对这个信号量的修改情况，如果这个进程在没有释放该信号量的情况下终止，操作系统将自动释放该进程持有的

 semop操作中：sembuf结构的sem_flg成员可以为0、IPC_NOWAIT、SEM_UNDO 。为SEM_UNDO时，它将使操作系统跟踪当前进程对这个信号量的修改情况，如果这个进程在没有释放该信号量的情况下终止，操作系统将自动释放该进程持有的信号量。除非你对信号量的行为有特殊的要求，否则应该养成设置sem_flg为SEM_UNDO的好习惯。 

 1: //假设两个进程（父子进程）对一个文件进行写操作，但是这个文件同一时间只能有一个进程进行写操作。

 2: //利用信号量实现pv操作

 3: #include <stdio.h>

 4: #include <stdlib.h>

 5: #include <sys/ipc.h>

 6: #include <sys/sem.h>

 7: #include <sys/types.h>

 8: #include <fcntl.h>

 9: struct sembuf sops;

 10: static int sid;

 11: //创建一个新的信号量集

 12: int createSemset(void)

 13: {

 14: char* pathname="semset";

 15: if( access(pathname, F_OK)!=0 )

 16: {

 17: int fd=open(pathname, O_RDWR | O_CREAT, 0666);    

 18: if( fd<0 )

 19: {

 20: perror("open");

 21: return -1;

 22: }

 23: }

 24: key_t key=ftok(pathname, 'a');

 25: if( -1==key )

 26: {

 27: perror("ftok");

 28: return -1;

 29: }

 30: return semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666) ;

 31: }

 32:  

 33: //P操作

 34: int P(void)

 35: {

 36: sops.sem_num=0;

 37: sops.sem_op=-1;

 38: sops.sem_flg=0;

 39: return semop(sid, &sops, 1);

 40: }

 41: //V操作

 42: int V(void)

 43: {

 44: sops.sem_num=0;

 45: sops.sem_op=1;

 46: sops.sem_flg=0;

 47: return semop(sid, &sops, 1);

 48: }

 49: int main(int argc, char *argv[])

 50: {

 51: sid=createSemset();

 52: if( -1==sid )

 53: {

 54: perror("createSemset");

 55: exit(1);

 56: }

 57:  

 58: if( -1==semctl(sid, 0, SETVAL, 1) )

 59: {

 60: perror("SETVAL");

 61: exit(1);

 62: }

 63: pid_t pid=fork();

 64: if( pid<0 )

 65: {

 66: perror("fork");

 67: exit(1);

 68: }

 69: else if( 0==pid )

 70: {

 71: while(1)

 72: {

 73: if( -1==P() )

 74: {

 75: printf("P操作失败！ ");    

 76: exit(1);

 77: }

 78: printf("子进程正在对文件进行写操作！ ");

 79: sleep(1);    

 80: printf("子进程写操作完毕，释放资源！ ");

 81: if( -1==V() )

 82: {

 83: printf("V操作失败！");

 84: exit(1);

 85: }

 86: }

 87: }

 88: else

 89: {

 90: while(1)

 91: {

 92: if( -1==P() )

 93: {

 94: printf("P操作失败！ ");    

 95: exit(1);

 96: }

 97: printf("父进程进程正在对文件进行写操作！ ");    

 98: sleep(1);

 99: printf("父进程写操作完毕，释放资源！ ");

 100: if( -1==V() )

 101: {

 102: printf("V操作失败！");

 103: exit(1);

 104: } ......

 1: void P(int semid)

 2: {

 3:     struct sembuf sem_p;

 4:     sem_p.sem_num = 0;

 5:     sem_p.sem_op = -1;

 6:     sem_p.sem_flg = SEM_UNDO;

 7:     if (semop(semid, &sem_p, 1) == -1) {

 8:         perror("p op failed ");

 9:         exit(1);

 10:     }

 11: }

 12:  

 13: void V(int semid)

 14: {

 15:     struct sembuf sem_p;

 16:     sem_p.sem_num = 0;

 17:     sem_p.sem_op = 1;

 18:     sem_p.sem_flg = SEM_UNDO;

 19:     if (semop(semid, &sem_p, 1) == -1) {

 20:         perror("v op failed ");

 21:         exit(1);

 22:     }

 23: }

PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。

信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出，其基本思路是用一种新的变量类型（semaphore）来记录当前可用资源的数量。有两种实现方式：1）semaphore的取值必须大于或等于0。0表示当前已没有空闲资源，而正数表示当前空闲资源的数量；2） semaphore的取值可正可负，负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数。

信号量是由操作系统来维护的，用户进程只能通过初始化和两个标准原语（P、V原语）来访问。初始化可指定一个非负整数，即空闲资源总数。

P原语：P是荷兰语Proberen（测试）的首字母。为阻塞原语，负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态，直到另外一个进程唤醒它。操作为：申请一个空闲资源（把信号量减1），若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞；

V原语：V是荷兰语Verhogen（增加）的首字母。为唤醒原语，负责把一个被阻塞的进程唤醒，它有一个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息。操作为：释放一个被占用的资源（把信号量加1），如果发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之。

具体PV原语对信号量的操作可以分为三种情况：

1）把信号量视为一个加锁标志位，实现对一个共享变量的互斥访问。

实现过程：

P(mutex); // mutex的初始值为1 访问该共享数据;

V(mutex);

非临界区

2）把信号量视为是某种类型的共享资源的剩余个数，实现对一类共享资源的访问。

实现过程：

P(resource); // resource的初始值为该资源的个数N 使用该资源；

V(resource); 非临界区

3）把信号量作为进程间的同步工具

实现过程：

临界区C1；

P(S);

V(S);

临界区C2；