进程间通信-信号量

信号量：以保护进程互斥与同步为目的，本质上为计数器，记录与统计临界资源的数目。

当请求一个使用信号量来表示的资源时，进程需要先读取信号量的值来判断资源是否可用：

1.大于0，资源可以请求，等于0，无资源可用，进程会进入睡眠状态直至资源可用；

2.当进程不再使用一个信号量控制的共享资源时，信号量的值+1（对信号量的值进行的增减操作均为原子操作，这是由于信号量主要的作用是维护资源的互斥或多进程的同步访问。而在信号量的创建及初始化上，不能保证操作均为原子性）。

二原信号量：信号量的值为1或0，任一时刻只允许一个进程访问临界资源，其+-操作必须为原子操作。

信号量保护进程访问临界资源的互斥与同步，在进程申请临界资源时，先要申请信号量，所以信号量也成为临界资源。

P、V操作：

P(sv)：如果sv的值大于零，就给它减1；如果它的值为零，就挂起该进程的执行；
V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待sv而挂
起，就给它加1.

Linux下信号量命令：

ipcs -s ;          //查看信号量ipcrm -s <semid>  //删除信号量

信号量机制函数：

1.创建信号量：

函数：

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

参数：

key:标识信号量的键值，由ftok()函数初始；

nsems:申请的信号量数目；

semflg:IPC_CREAT(单独使用，存在打开，不存在创建新的)IPC_EXCL(结合使用，不存在创建，存在返回错误码);

返回值：

返回信号量集标识符。

2.删除信号量

函数：

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

参数：

semid:信号量集标识符；

semnum:信号量集中要操作的信号量下标；

cmd:删除设为IPC_IMRD;

... :可变参数列表，此处设为NULL；

返回值：

<0，失败，==0，成功删除。

3.信号量初始化：

函数：

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

参数：

semid:信号量集标识符；

semnum:信号量集中要操作的信号量下标；

cmd:此处设为SETVAL，对semnum信号量进行此控制操作；

...  :可变参数设为一个联合体，如下：

union semun {      int val; // 使用的值      struct semid_ds *buf;    // IPC_STAT、IPC_SET 使用缓存区      unsigned short *array;   // GETALL,、SETALL 使用的数组      struct seminfo *__buf;     // IPC_INFO(Linux特有) 使用缓存区};

将此联合中val初始化值。

4.信号量操作P()、V():

函数：

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

参数：

semid:信号量集标识符；

sops:结构体指针，结构体如下：

struct sembuf{      unsignea short sem_num; //表示在信号量集哪一个信号量上操作      short sem_op;     //P操作设为-1,V操作设为1；      short sem_flg;    //此处代码实现设为缺省0};

初始化时初始化此结构体，并传入其地址为函数参数；

nsops:前一个参数可视为一个数组，其表示数组中元素的个数；

以上结构体成员sem_flg取值：

(1).0               (2).IPC_NOWAIT

(3).SEM_UNDO:

有一种情况：如当有两个进程同时申请一个信号量去使用临界资源时，其中第一个进程在P()操作申请以后，还没有进行V()释放操作就异常退出了，所以此时另一个进程再对此信号量进行P()操作时，因为第一个进程没有释放信号量但已经退出，此进程则会一直申请不到信号量，从而造成死锁。

解决办法：将sem_flg取值为SEM_UNDO时，它将使操作系统跟踪当前进程对信号量的修改情况，若此进程在没有释放信号量的情况下异常退出终止，它将取消先前的P()操作，使信号量恢复原值，即操作系统会自动释放该进程持有的信号量，使其它进程可以正常工作。

代码实现：模拟实现将显示器作为临界资源，若实现信号量机制父子进程则分别成对向显示器打印‘BB’‘AA’，若没有信号量，则父子进程会以无规律形式向显示器打印BA.

test_sem.c

#include "comm.h"int main(){//创建二原信号量 int semid=createSem(1);//printf("create sucess:%d\n",semid);    if(initSem(semid,0,1)<0)  //初始化 {perror("initSem");return -1;}pid_t id=fork();if(id==0)   //child{int _semid=getSem(0);   //获取信号量集 while(1){P(_semid,0);  //申请信号量 printf("A");fflush(stdout);usleep(123456);printf("A");fflush(stdout);usleep(321456);V(_semid,0);    //释放 }}else   //father{while(1){P(semid,0);   printf("B");fflush(stdout);usleep(102456);printf("B");fflush(stdout);usleep(311456);V(semid,0);}}destroySem(semid);   //删除信号量集 return 0;}

comm.c

#include "comm.h"static int commSemMessage(int nums,int flags){key_t _key=ftok(PATH,PROJ_ID);if(_key<0){perror("ftok");return -1;}else{int semid=semget(_key,nums,flags);   //以flag模式得到nums个信号量返回键值为_key的信号量集标识符semid if(semid<0){perror("semget");return -2;}return semid;}} int createSem(int nums)     //创建 {return commSemMessage(nums,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);}int getSem(int nums)   //获取 {return commSemMessage(nums,IPC_CREAT);}int destroySem(int semid)    //删除 {if(semctl(semid,0,IPC_RMID,NULL)<0)    //IPC_RMID立即删除semid信号量集中数组下标为第0个信号量 {perror("destroy:semctl");return -1;}return 0;}int initSem(int semid,int nums,int initVal){union semun _un;_un.val=initVal;if(semctl(semid,nums,SETVAL,_un)<0)    //对semid信号量集中第nums个信号量进行SETVAL操作将联合中_un成员val设为初始值initVal {perror("semctl");return -1;}return 0;}static int commPV(int semid,int nums,int initop){struct sembuf _buf;_buf.sem_num=nums;     //信号量集中哪一个信号量 _buf.sem_op=initop;     //P:-1,  V:1_buf.sem_flg=0;          //此处默认为0 if(semop(semid,&_buf,1)<0)   {perror("semop");return -1;}return 0;}int P(int semid,int nums)   {return commPV(semid,nums,-1);}int V(int semid,int nums){return commPV(semid,nums,1);}

comm.h

#ifndef COMM_H__#define COMM_H__#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#define PATH "."#define PROJ_ID 0x6666union semun{int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *_buf;};int createSem(int nums);int getSem(int nums);int initSem(int semid,int nums,int initVal);int destroySem(int semid);int P(int semid,int nums);int V(int semid,int nums);#endif

结果如下：