linux 信号量 机制 详解之一 进程间通信semget semop semctl

网上找了下，大都信号量都只是达到了相当于锁的机制，即都当作了二进制信号量在使用，没有找到进出队列，等待机制。所以当信号量达到n的时候的还需要大家自己深入理解了

首先我们要理清一个概念：linux有两组接口函数用于信号量，一组是取自POSIX的实时扩展，用于线程；另一组称为系统V信号量，常用于进程的同步，也是本文所要解释的。这两组接口函数虽然很相近，但并不能保证它们之间可以互换，而且它们使用的函数调用也各不相同！（摘自 linux程序设计 第四版 p423）

1.1 创建信号量
int semget(
   key_t key,   //标识信号量的关键字，有三种方法：1、使用IPC——PRIVATE让系统产生，
      // 2、挑选一个随机数，3、使用ftok从文件路径名中产生
   int nSemes,   //信号量集中元素个数
   int flag   //IPC_CREAT；IPC_EXCL 只有在信号量集不存在时创建
)
成功：返回信号量句柄
失败：返回-1

1.2 使用ftok函数根据文件路径名产生一个关键字
key_t ftok(const char *pathname,int proj_id);
路径名称必须有相应权限 

1.3 控制信号量
int semctl(
   int semid,   //信号量集的句柄
   int semnum,   //信号量集的元素数
   int cmd,   //命令
   /*union senum arg */... //  
)
成功：返回相应的值
失败：返回-1

命令详细说明:
cmd:   IPC_RMID 删除一个信号量
   IPC_EXCL 只有在信号量集不存在时创建
   IPC_SET 设置信号量的许可权
   SETVAL 设置指定信号量的元素的值为 agc.val
   GETVAL 获得一个指定信号量的值
   GETPID 获得最后操纵此元素的最后进程ID
   GETNCNT 获得等待元素变为1的进程数
   GETZCNT 获得等待元素变为0的进程数
  
union senum 定义如下：
union senum{
   int val;
   struct semid_ds *buf;
   unsigned short * array;
}agc;
其中 semid_ds 定义如下：
struct semid_ds{
   struct ipc_pem sem_pem;   //operation pemission struct
   time_t sem_otime;   //last semop()time
   time_t sem_ctime;   //last time changed by semctl()
   struct sem *sembase;   //ptr to first semaphore in array
   struct sem_queue *sem_pending; //pending operations
   struct sem_queue *sem_pending_last; //last pending operations
   struct sem_undo *undo;   //undo requests on this arrary
   unsigned short int sem_nsems; //number of semaphores in set
};
  
1.4 对信号量 +1 或 -1 或测试是否为0
int semop(
   int semid, 
   struct sembuf *sops, //指向元素操作数组
   unsigned short nsops //数组中元素操作的个数
)

结构 sembuf 定义
sembuf{
   short int sem_num; //semaphore number
   short int sem_op; //semaphore operaion
   short int sem_flg //operation flag
};

*********************程序相关信息*********************
程序编号：014
程序编写起始日期：2008.11.2
程序编写完成日期：2008.11.2
程序修改日期：                                    修改备注：
程序目的：学习linux信号量
所用主要函数：ftok(),semget(),semop(),semctl()
程序说明：在本机上运行时，可以把程序中的“./test.c”修改成自己机器上的某个文件（要带路径）
程序完成地点： 宿舍内
*********************程序相关信息*********************/
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
#include<errno.h>
int main()
{
     int pid,val,semid;//中者为可用资源数量，后者为信号灯（即信号量）集的识别代号
     key_t semkey;
     if((semkey=ftok("./test.c",1))<0)//将文件路径和项目ID（后面那个“1“）转换为System V IPC Key
     {
          printf("ftok函数转换出现错误。\n");
          exit(1);
     }
     else
          printf("ftok函数转换成功，key值为%d\n",semkey);
     if((semid=semget(semkey,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0700))<0)//创建信号灯集，其中包含1个信号灯
     {
          printf("semget函数创建信号灯集出现错误。\n");
          exit(2);
     }
     else
          printf("semget函数创建信号灯集成功，信号灯集识别代号semid为：%d\n",semid);
     val=1;
     if((semctl(semid,0,SETVAL,val))<0)//此句与上句合起来的功能是将semid对应的信号集中的第一个信号（0表示第一个信号）的可用资源数量设置为1
     {
          printf("semctl函数设置可用资源数量时出现错误。\n");
          exit(9);
     }
     else
          printf("semctl函数设置可用资源数量成功。\n");
     if((pid=fork())<0)
     {
          printf("fork函数创建子进程出现错误。\n");
          exit(3);
     }
     else if(pid>0)//父进程，先索取共享资源，而后释放
     {
          struct sembuf p_op_buf,v_op_buf;
          printf("父进程ID为：%d，该进程将要索取共享资源\n",getpid());
          p_op_buf.sem_num=0;
          p_op_buf.sem_op=-1;
          if(semop(semid,&p_op_buf,1)<0)//以上三行向semid代表的信号灯集的第一个信号灯申请一个资源
          {
               printf("父进程中，semop函数索取共享资源出现错误。\n");
               exit(4);
          }
          else
          {
               int i;
               printf("父进程中，semop函数索取共享资源成功，索取个数为：%d\n",abs(p_op_buf.sem_op));
               printf("ID为%d的父进程现在要睡上6秒钟。\n",getpid());
               for(i=6;i>0;i--)
               {
                    printf("%d号进程（父进程）还要睡%d秒钟……\n",getpid(),i);
                    sleep(1);
               }
               printf("%d号进程（父进程）已经醒来，并将释放资源。\n",getpid());
               v_op_buf.sem_num=0;
               v_op_buf.sem_op=1;
               p_op_buf.sem_flg=0;//该标志位此处不清零不会出现错误，但下面子进程中的该标志位应清零，因为那时父进程已经占据了资源，子进程申请不到资源的情况下，该标志位如果不清零（比如采用不赋值的默认处理），可能会出现错误。
               if(semop(semid,&v_op_buf,1)<0)//以上三行将释放一个资源给semid代表的信号灯集第一个信号灯
               {
                    printf("父进程中，semop函数索取共享资源出现错误。\n");
                    exit(5);
               }
               else
               {
                    printf("ID号为%d的父进程中，semop函数释放共享资源成功，释放个数为：%d\n",getpid(),v_op_buf.sem_op);
                    sleep(1);
               }
          }
     }
     else//子进程不断申请共享资源，申请到后声明一下，然后释放
     {
          struct sembuf p_op_buf,v_op_buf;
          sleep(2);//等待父进程将唯一的资源占用
          printf("子进程ID为：%d，该进程将要索取共享资源\n",getpid());
          p_op_buf.sem_num=0;
          p_op_buf.sem_op=-1;
          p_op_buf.sem_flg=0;//该标志位不用要清零，此处不清零将出现错误
          if(semop(semid,&p_op_buf,1)<0)//向semid代表的信号灯集的第一个信号灯申请一个资源，申请不到就一直在这儿等着，什么时候有了资源，什么时候接着向下进行
          {
               printf("子进程中，semop函数索取共享资源出现错误：%d\n",errno);
               exit(6);
          }
          else
               printf("**********子程序已经成功申请到资源！**********\n");
          v_op_buf.sem_num=0;
          v_op_buf.sem_op=1;
          if(semop(semid,&v_op_buf,1)<0)//以上三行将释放一个资源给semid代表的信号灯集第一个信号灯
          {
               printf("子进程中，semop函数索取共享资源出现错误。\n");
               exit(7);
          }
          else
          {
               printf("子进程中，semop函数释放共享资源成功，释放个数为：%d\n",v_op_buf.sem_op);
               printf("ID号为%d的进程（子进程）退出！\n",getpid());
               if(semctl(semid,0,IPC_RMID,0)<0)
               {
                    printf("调用semctl删除信号量集出现错误。\n");
                    exit(8);
               }
               else
               {
                    printf("识别代号为%d的信号量集已经被删除\n",semid);
                    exit(0);
               }
          }
     }
}
/*********************程序运行结果*********************
[admin@localhost temp]$ ./sem
ftok函数转换成功，key值为16802469
semget函数创建信号灯集成功，信号灯集识别代号semid为：393216
semctl函数设置可用资源数量成功。
父进程ID为：4062，该进程将要索取共享资源
父进程中，semop函数索取共享资源成功，索取个数为：1
ID为4062的父进程现在要睡上6秒钟。
4062号进程（父进程）还要睡6秒钟……
4062号进程（父进程）还要睡5秒钟……
子进程ID为：4063，该进程将要索取共享资源（但此时唯一的资源被父进程所占据，因此一直在此等待资源被释放）
4062号进程（父进程）还要睡4秒钟……
4062号进程（父进程）还要睡3秒钟……
4062号进程（父进程）还要睡2秒钟……
4062号进程（父进程）还要睡1秒钟……
4062号进程（父进程）已经醒来，并将释放资源。
ID号为4062的父进程中，semop函数释放共享资源成功，释放个数为：1
**********子程序已经成功申请到资源！**********（父进程释放资源后，刚才曾经提出申请的子进程就可以申请到资源了）
子进程中，semop函数释放共享资源成功，释放个数为：1
ID号为4063的进程（子进程）退出！
识别代号为393216的信号量集已经被删除
***********************************************************/