信号量函数 semget() semop() semctl()

问共享资源进行控制的机制，其实为了解决互斥共享资源的同步问题而引入的机制。
不能单独定义一个信号量，而只能定义一个信号量集，其中包括一组信号量，同意信号量集中的信号量使用同
一引用ID，这样设置是为了多个资源或同步操作的需要。
与信号量有关的几个系统调用函数：
1、信号量集得创建与打开 semget()
原型：int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
其中 参数key表示所创建或打开信号量集的键。
参数nsems表示创建的信号量集中的信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效。
参数flag表示调用函数的操作类型，也可用于设置信号量集的访问权限，两者通过or表示。
当调用semget创建一个信号量时，他的相应的semid_ds结构被初始化。ipc_perm中各个量被设置为相应
值，sem_nsems被设置为nsems所示的值，sem_otime被设置为0，sem_ctime被设置为当前时间
返回值：如果成功，则返回信号量集的IPC标识符。如果失败，则返回-1：errno=EACCESS(没有权限)
EEXIST(信号量集已经存在，无法创建)
EIDRM(信号量集已经删除)
ENOENT(信号量集不存在，同时没有使用IPC_CREAT)
ENOMEM(没有足够的内存创建新的信号量集)
ENOSPC(超出限制)
系统调用semget()的第一个参数是关键字值（一般是由系统调用ftok()返回的）。系统内核将此值和系统中
存在的其他的信号量集的关键字值进行比
较。打开和存取操作与参数semflg中的内容相关。IPC_CREAT如果
信号量集在系统内核中不存在，则创建信号量集。IPC_EXCL当和
IPC_CREAT一同使用时，如果信号量集已经
存在，则调用失败。如果单独使用IPC_CREAT，则semget()要么返回新创建的信号量集的标识
符，要么返回
系统中已经存在的同样的关键字值的信号量的标识符。如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一同使用，则要么返回新
创建的信号量集的标识
符，要么返回-1。IPC_EXCL单独使用没有意义。参数nsems指出了一个新的信号量集
中应该创建的信号量的个数。
2、信号量的操作 semop()
调用原型：int semop(int semid,struct sembuf*sops,unsign ednsops);
其中   semid为信号量集引用ID。
    semoparray是一个sembuff结构数组，sembuff结构用于指定调用semop函数所作的操作，数组
    semoparray元素的个数有参数nops指出。
    semoparray是一个数组，其中每个元素表是一个操作，由于此函数是一个原子操作，一旦执行就
将执行数组中的所有操作。
返回值：0，如果成功。-1，如果失败：errno=E2BIG(nsops大于最大的ops数目)
EACCESS(权限不够)
EAGAIN(使用了IPC_NOWAIT，但操作不能继续进行)
EFAULT(sops指向的地址无效)
EIDRM(信号量集已经删除)
EINTR(当睡眠时接收到其他信号)
EINVAL(信号量集不存在,或者semid无效)
ENOMEM(使用了SEM_UNDO,但无足够的内存创建所需的数据结构)
ERANGE(信号量值超出范围)
如果sem_op是负数，那么信号量将减去它的值。这和信号量控制的资源有关。如果没有使用IPC_NOWAIT，
那么调用进程将进入睡眠状态，直到信号
量控制的资源可以使用为止。如果sem_op是正数，则信号量加上
它的值。这也就是进程释放信号量控制的资源。最后，如果sem_op是0，那么调用进程
将调用sleep()，
直到信号量的值为0。这在一个进程等待完全空闲的资源时使用。
3、信号量的控制 semctl()
原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg);
其中   semid为信号量集引用标志符。
    semnum用于指定某个特定信号量。
    cmd表示调用该函数执行的操作，其取值和对应操作如下：
      .IPC_STAT读取一个信号量集的数据结构semid_ds，并将其存储在semun中的buf参数中。
      ·IPC_SET设置信号量集的数据结构semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf参数。
      ·IPC_RMID将信号量集从内存中删除。
      ·GETALL用于读取信号量集中的所有信号量的值。
      ·GETNCNT返回正在等待资源的进程数目。
      ·GETPID返回最后一个执行semop操作的进程的PID。
      ·GETVAL返回信号量集中的一个单个的信号量的值。
      ·GETZCNT返回这在等待完全空闲的资源的进程数目。
      ·SETALL设置信号量集中的所有的信号量的值。
      ·SETVAL设置信号量集中的一个单独的信号量的值。
arg是semnu的是一个联合类型的副本，而不是一个指向联合类型的指针。联合中各个量的使用情况
和参数cmd的设置有关。

参考文献：linux环境下C编程指南
      http://qq164587043.blog.51cto.com/261469/51549

semget()
     可以使用系统调用semget()创建一个新的信号量集，或者存取一个已经存在的信号量集：

系统调用：semget();
原型：intsemget(key_t key,int nsems,int semflg);
返回值：如果成功，则返回信号量集的IPC标识符。如果失败，则返回-1：errno=EACCESS(没有权限)
EEXIST(信号量集已经存在，无法创建)
EIDRM(信号量集已经删除)
ENOENT(信号量集不存在，同时没有使用IPC_CREAT)
ENOMEM(没有足够的内存创建新的信号量集)
ENOSPC(超出限制)

    系统调用semget()的第一个参数是关键字值（一般是由系统调用ftok()返回的）。系统内核将此值和系统中存在的其他的信号量集的关键字值进行比 较。打开和存取操作与参数semflg中的内容相关。IPC_CREAT如果信号量集在系统内核中不存在，则创建信号量集。IPC_EXCL当和 IPC_CREAT一同使用时，如果信号量集已经存在，则调用失败。如果单独使用IPC_CREAT，则semget()要么返回新创建的信号量集的标识 符，要么返回系统中已经存在的同样的关键字值的信号量的标识符。如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一同使用，则要么返回新创建的信号量集的标识 符，要么返回-1。IPC_EXCL单独使用没有意义。参数nsems指出了一个新的信号量集中应该创建的信号量的个数。信号量集中最多的信号量的个数是 在linux/sem.h中定义的：

#defineSEMMSL32/*<=512maxnumofsemaphoresperid*/
下面是一个打开和创建信号量集的程序：
intopen_semaphore_set(key_t keyval,int numsems)
{
intsid;
if(!numsems)
return(-1);
if((sid=semget(mykey,numsems,IPC_CREAT|0660))==-1)
{
return(-1);
}
return(sid);
}
};

==============================================================

semop()
系统调用：semop();
调用原型：int semop(int semid,struct sembuf*sops,unsign ednsops);
返回值：0，如果成功。-1，如果失败：errno=E2BIG(nsops大于最大的ops数目)
EACCESS(权限不够)
EAGAIN(使用了IPC_NOWAIT，但操作不能继续进行)
EFAULT(sops指向的地址无效)
EIDRM(信号量集已经删除)
EINTR(当睡眠时接收到其他信号)
EINVAL(信号量集不存在,或者semid无效)
ENOMEM(使用了SEM_UNDO,但无足够的内存创建所需的数据结构)
ERANGE(信号量值超出范围)

    第一个参数是关键字值。第二个参数是指向将要操作的数组的指针。第三个参数是数组中的操作的个数。参数sops指向由sembuf组成的数组。此数组是在linux/sem.h中定义的：

/*semop systemcall takes an array of these*/
structsembuf{
ushortsem_num;/*semaphore index in array*/
shortsem_op;/*semaphore operation*/
shortsem_flg;/*operation flags*/
sem_num将要处理的信号量的个数。
sem_op要执行的操作。
sem_flg操作标志。

    如果sem_op是负数，那么信号量将减去它的值。这和信号量控制的资源有关。如果没有使用IPC_NOWAIT，那么调用进程将进入睡眠状态，直到信号 量控制的资源可以使用为止。如果sem_op是正数，则信号量加上它的值。这也就是进程释放信号量控制的资源。最后，如果sem_op是0，那么调用进程 将调用sleep()，直到信号量的值为0。这在一个进程等待完全空闲的资源时使用。

===============================================================

semctl()
系统调用：semctl();
原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semunarg);
返回值：如果成功，则为一个正数。
如果失败，则为-1：errno=EACCESS(权限不够)
EFAULT(arg指向的地址无效)
EIDRM(信号量集已经删除)
EINVAL(信号量集不存在，或者semid无效)
EPERM(EUID没有cmd的权利)
ERANGE(信号量值超出范围)

    系统调用semctl用来执行在信号量集上的控制操作。这和在消息队列中的系统调用msgctl是十分相似的。但这两个系统调用的参数略有不同。因为信号 量一般是作为一个信号量集使用的，而不是一个单独的信号量。所以在信号量集的操作中，不但要知道IPC关键字值，也要知道信号量集中的具体的信号量。这两 个系统调用都使用了参数cmd，它用来指出要操作的具体命令。两个系统调用中的最后一个参数也不一样。在系统调用msgctl中，最后一个参数是指向内核 中使用的数据结构的指针。我们使用此数据结构来取得有关消息队列的一些信息，以及设置或者改变队列的存取权限和使用者。但在信号量中支持额外的可选的命 令，这样就要求有一个更为复杂的数据结构。
系统调用semctl()的第一个参数是关键字值。第二个参数是信号量数目。

    参数cmd中可以使用的命令如下：
    ·IPC_STAT读取一个信号量集的数据结构semid_ds，并将其存储在semun中的buf参数中。
    ·IPC_SET设置信号量集的数据结构semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf参数。
    ·IPC_RMID将信号量集从内存中删除。
    ·GETALL用于读取信号量集中的所有信号量的值。
    ·GETNCNT返回正在等待资源的进程数目。
    ·GETPID返回最后一个执行semop操作的进程的PID。
    ·GETVAL返回信号量集中的一个单个的信号量的值。
    ·GETZCNT返回这在等待完全空闲的资源的进程数目。
    ·SETALL设置信号量集中的所有的信号量的值。
    ·SETVAL设置信号量集中的一个单独的信号量的值。

    参数arg代表一个semun的实例。semun是在linux/sem.h中定义的：
/*arg for semctl systemcalls.*/
unionsemun{
intval;/*value for SETVAL*/
structsemid_ds*buf;/*buffer for IPC_STAT&IPC_SET*/
ushort*array;/*array for GETALL&SETALL*/
structseminfo*__buf;/*buffer for IPC_INFO*/
void*__pad;

    val当执行SETVAL命令时使用。buf在IPC_STAT/IPC_SET命令中使用。代表了内核中使用的信号量的数据结构。array在使用GETALL/SETALL命令时使用的指针。
    下面的程序返回信号量的值。当使用GETVAL命令时，调用中的最后一个参数被忽略：

intget_sem_val(intsid,intsemnum)
{
return(semctl(sid,semnum,GETVAL,0));
}

    下面是一个实际应用的例子：

#defineMAX_PRINTERS5
printer_usage()
{
int x;
for(x=0;x<MAX_PRINTERS;x++)
printf("Printer%d:%d\n\r",x,get_sem_val(sid,x));
}

    下面的程序可以用来初始化一个新的信号量值：

void init_semaphore(int sid,int semnum,int initval)
{
union semunsemopts;
semopts.val=initval;
semctl(sid,semnum,SETVAL,semopts);
}

    注意系统调用semctl中的最后一个参数是一个联合类型的副本，而不是一个指向联合类型的指针。