信号量

信号量定义 ：特殊的变量，只能+1（v），-1（p）,都是原子操作（不打断能被）。

最简单的信号量是一个只有0与1两个值的变量，二值信号量。这是最为通常的形式。具有多个正数值的信号量被称之为通用信号量。

信号量的作用：通知系统产生了某种事件

Signal:改变对当前信号的响应方式（默认，忽略，自定义）

子进程状态发生改变，发送给父进程（子进程结束了，会给父进程发送）

Kill(pid_t pid,int sig)  结束进程的命令

PV操作：

P(sv)    如果sv大于0，减小sv。如果sv为0，挂起这个进程的执行。
V(sv)    如果有进程被挂起等待sv，使其恢复执行。如果没有进行被挂起等待sv，增加sv。

Linux信号量工具

信号量函数定义如下：

#include <sys/sem.h>
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);   //初始化/删除信号量

int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);    //创建信号量

int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);  //改变信号量的值（p,v）

包含sys/sem.h文件之前通常需要包含sys/types.h与sys/ipc.h文件

semget（创建一个新的信号量或是获得一个已存在的信号量键值）

int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

第一个参数key是一个用来允许不相关的进程访问相同信号量的整数值。所有的信号量是为不同的程序通过提供一个key来间接访问的，对于每一个信号量系统 生成一个信号量标识符。信号量键值只可以由semget获得，所有其他的信号量函数所用的信号量标识符都是由semget所返回的。

还有一个特殊的信号量key值，IPC_PRIVATE(通常为0)，其作用是创建一个只有创建进程可以访问的信号量。这通常并没有有用的目的，而幸运的是，因为在某些Linux系统上，手册页将IPC_PRIVATE并没有阻止其他的进程访问信号量作为一个bug列出。

num_sems参数是所需要的信号量数目。这个值通常总是1。

sem_flags参数是一个标记集合，与open函数的标记十分类似。低九位是信号的权限，其作用与文件权限类似。另外，这些标记可以与 IPC_CREAT进行或操作来创建新的信号量。设置IPC_CREAT标记并且指定一个已经存在的信号量键值并不是一个错误。如果不需 要，IPC_CREAT标记只是被简单的忽略。我们可以使用IPC_CREAT与IPC_EXCL的组合来保证我们可以获得一个新的，唯一的信号量。如果 这个信号量已经存在，则会返回一个错误。

如果成功，semget函数会返回一个正数；这是用于其他信号量函数的标识符。如果失败，则会返回-1。

semop （用来改变信号量的值）：

int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);

第一个参数，sem_id，是由semget函数所返回的信号量标识符。第二个参数，sem_ops，是一个指向结构数组的指针，其中的每一个结构至少包含下列成员：

struct sembuf {
    short sem_num;
    short sem_op;
    short sem_flg;
}

第一个成员，sem_num，是信号量数目，通常为0，除非我们正在使用一个信号量数组。sem_op成员是信号量的变化量值。（我们可以以任何量改变信 号量值，而不只是1）通常情况下中使用两个值，-1是我们的P操作，用来等待一个信号量变得可用，而+1是我们的V操作，用来通知一个信号量可用。

最后一个成员，sem_flg，通常设置为SEM_UNDO。这会使得操作系统跟踪当前进程对信号量所做的改变，而且如果进程终止而没有释放这个信号量， 如果信号量为这个进程所占有，这个标记可以使得操作系统自动释放这个信号量。将sem_flg设置为SEM_UNDO是一个好习惯，除非我们需要不同的行 为。如果我们确实变我们需要一个不同的值而不是SEM_UNDO，一致性是十分重要的，否则我们就会变得十分迷惑，当我们的进程退出时，内核是否会尝试清 理我们的信号量。

semop的所用动作会同时作用，从而避免多个信号量的使用所引起的竞争条件。我们可以在手册页中了解关于semop处理更为详细的信息。

semctl （允许信号量信息的直接控制）：

int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);

第一个参数，sem_id，是由semget所获得的信号量标识符。sem_num参数是信号量数目。当我们使用信号量数组时会用到这个参数。通常，如果 这是第一个且是唯一的一个信号量，这个值为0。command参数是要执行的动作，而如果提供了额外的参数，则是union semun，根据X/OPEN规范，这个参数至少包括下列参数：

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
}

许多版本的Linux在头文件(通常为sem.h)中定义了semun联合，尽管X/Open确认说我们必须定义我们自己的联合。如果我们发现我们确实需 要定义我们自己的联合，我们可以查看semctl手册页了解定义。如果有这样的情况，建议使用手册页中提供的定义，尽管这个定义与上面的有区别。

有多个不同的command值可以用于semctl。在这里我们描述两个会经常用到的值。要了解semctl功能的详细信息，我们应该查看手册页。

这两个通常的command值为：

SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
IPC_RMID：当信号量不再需要时用于删除一个信号量标识。

semctl函数依据command参数会返回不同的值。对于SETVAL与IPC_RMID，如果成功则会返回0，否则会返回-1。

eg:

sem.h

1.#include <stdio.h>  2.#include <stdlib.h>  3.#include <unistd.h>  4.#include <sys/sem.h>  5.  6.union semun  7.{  8.    int val;  9.};  10.  11.void sem_init();  12.void sem_p();  13.void sem_v();  14.void sem_destroy();  

sem.c

1.#include "sem.h"  2.  3.static int semid = 0;  4.  5.void sem_init()  6.{  7.    semid = semget((key_t)1234,1,IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0600);  8.    if(semid == -1)  9.    {  10.        semid = semget((key_t)1234,1,0600);  11.        if(semid == -1)  12.        {  13.            perror("semget error");  14.        }  15.    }  16.    else  17.    {  18.        union semun a;  19.        a.val = 1;  20.        if(semctl(semid,0,SETVAL,a) == -1)  21.        {  22.            perror("semctl error\n");  23.        }  24.    }  25.}  26.  27.  28.void sem_p()  29.{  30.    struct sembuf buf;  31.    buf.sem_num = 0;  32.    buf.sem_op = -1;  33.    buf.sem_flg = SEM_UNDO;  34.    if(semop(semid,&buf,1) == -1)  35.    {  36.        perror("semop p error");  37.    }  38.}  39.  40.void sem_v()  41.{  42.    struct sembuf buf;  43.    buf.sem_num = 0;  44.    buf.sem_op = 1;  45.    buf.sem_flg = SEM_UNDO;  46.    if(semop(semid,&buf,1) == -1)  47.    {  48.        perror("semop v error");  49.    }  50.}  51.  52.void sem_destroy()  53.{  54.    if(semctl(semid,0,IPC_RMID) == -1)  55.    {  56.        perror("semctl error");  57.    }  58.}  

a.c

1.#include <stdio.h>  2.#include <stdlib.h>  3.#include <string.h>  4.#include <unistd.h>  5.#include <assert.h>  6.#include <sys/sem.h>  7.#include "sem.h"  8.  9.int main()  10.{  11.    sem_init();  12.    int i = 0;  13.    for(;i < 5;i++)  14.    {  15.        sem_p();  16.        printf("A");  17.        fflush(stdout);  18.        int n = rand() % 3;  19.        sleep(n);  20.        printf("A");  21.        fflush(stdout);  22.          23.        sem_v();  24.        n = rand() % 3;  25.        sleep(n);  26.    }  27.    sleep(10);  28.    sem_destroy();  29.}  

b.c

1.#include <stdio.h>  2.#include <stdlib.h>  3.#include <string.h>  4.#include <unistd.h>  5.#include "sem.h"  6.  7.int main()  8.{  9.    sem_init();  10.    int i = 0;  11.    for(;i < 5;i++)  12.    {  13.        sem_p();  14.        printf("B");  15.        fflush(stdout);  16.        int n = rand() % 3;  17.        sleep(n);  18.        printf("B");  19.        fflush(stdout);  20.          21.        sem_v();  22.        n = rand() % 3;  23.        sleep(n);  24.    }  25.}