学习笔记——进程通信IPC之信号量

      上节学习了进程间利用共享内存，进行通信。利用共享内存通信非常方便，高效，每个进程都可往共享内存里读写数据，但是并发的进程间的执行顺序是我们无法控制的，这样就可能出现诸如在读取信息之前覆盖内存空间等竞争条件。我们就需要一种机制来协调我们并发进程访问共享内存，以避免竞争状态的出现。

      Linux提供一个用于进程同步的信号量（进程信号量或称为System V信号量）。

 

包含信号量操作函数声明以及一些宏定义的头文件：

 

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>

 

• 与用于创建，销毁共享内存的shmget和shmctl类似，系统调用semget和semctl负责创建，释放信号量。

 

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

 

key参数、semflg参数与shmget里的第一个、第三个参数意思是一样的。

 

nsems参数是指定需要的信号量的数目。我们自己经常只是用到一个信号量，所以它的值几乎总是1。

当通过指定正确的键值来获取已存在的信号量的标识符是，可以把 semns 的值设为 0。

 

该函数调用成功返回 信号量 标识符，失败返回-1。

 

• semctl 信号量管理函数

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

 

semctl 可以用于对信号量的初始化设置，释放删除，获取信号信息、当前的值等其他管理功能。

 

semid 是由semget返回的信号量标识符。

sem_num 上面说过semget函数的第二个参数是指定创建的信号量的数目，也就是一组信号量，所以对信号量的操作分为对单个的操作和对整个信号量组进行操作，不同的操作sem_num参数所代表的意思是不一样的。

 

对单个信号量进行操作时，sem_num表示对第几个信号量进行操作，0表示信号量组里第一个信号量（与数组一样从0开始）。

一般我们只是用到一个信号量，信号量组里只有一个信号量，sem_num的值可以是0，即对信号量组第0个信号量管理，表示这是第一个也是唯一个信号量。

 

对信号量组进行操作时，sem_num表示这个组里信号量的数目。

我们只创建了一个信号量时，用semctl函数操作信号时，sem_num表示数目时，值就是1。

 

 

 

第四个参数是union semun的结构：（自己定义，不过sem.h里有这个联合体的定义）

union semun

{

          int val;

          struct semid_ds *buf;

          unsigned short   *array;

};

 

 

 

cmd参数是指定对信号量进行什么操作。

 

IPC_RMID 删除信号量（对于删除信号量操作，一般可以不指定第四个参数了）。

SETVAL     通过设置union semun中的val成员来初始化，信号量的值。 这时sem_num参数的值表示的意思是第几个信号量。

GETVAL     获取第sem_num信号量的值，信号量的值是通过函数返回的(第四个参数可以不指定，即可以不写)。

SETALL      通过union semun中array所指的数组初始化有sem_num个信号量的信号量组。

IPC_STAT  IPC_SET  通过union semum里buf……获得或设置信号量属性信息。

 

semctl函数，不同的操作返回值是不一样的，但像设置、删除调用成功返回0，失败返回-1。

• 信号量的 P V 操作

进程信号量的 PV操作时通过调用一个函数实现，具体是什么操作是由

结构体struct sembuf里的成员决定的。

 

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

 

struct sembuf

{

          short   sem_num;

          short   sem_op;

          short   sem_flg;

};

 

sem_num信号的编号，信号量组只有一个信号量时，它的总是0；

sem_op   1 表示 P 操作， -1 表示 V 操作。

sem_flg    通常被设置成SEM_UNDO……

 

参数num_sem_ops 是表示第二个参数sem_ops数组里元素的个数。

 

 

• 信号量通信简单例子：

/*Using the process semaphores to control*//*the communication of processes.*/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>/*define the union semun*/union _semun{ int val; struct semid_ds *buf; signed short *array;};typedef union _semun semun;/*initial the semaphore*/int semaphore_init(int semid, int value){ semun argusem; argusem.val = value; return semctl(semid, 0, SETVAL, argusem);//The following is also rigth,...The reason that //I think you konw#if 0 semun argusem; unsigned short val_array[1]; val_array[0] = value; argusem.array = val_array; return semctl(semid, 1, SETALL, argusem);#endif}/*operation of P*/int semaphore_p(int semid){ struct sembuf op;// struct sembuf op[1]; //also rigth, I think you konw. op.sem_num = 0; //0th semaphore op.sem_op = -1; //operation of P op.sem_flg = SEM_UNDO; return semop(semid, &op, 1);}/*operation of V*/int semaphore_v(int semid){ struct sembuf op; op.sem_num = 0; op.sem_op = 1; //operation of V op.sem_flg = SEM_UNDO; return semop(semid, &op, 1);}/*......*/int main(){ pid_t pid; int semid; key_t key; /*get the key*/ key = ftok("./etc/ld.so.conf", 'u'); /*create a semaphore*/ if((semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666)) == -1) { printf("Create a sempahore fail!/n"); exit(EXIT_FAILURE); } /*initial the semaphore*/ if(semaphore_init(semid, 0) == -1) { printf("Initial the semaphore fail!/n"); exit(EXIT_FAILURE); } /*fork. create a child process*/ if((pid = fork()) == -1) { printf("Fork fail!/n"); exit(EXIT_FAILURE); } /*parent process, post the semaphore*/ if(pid > 0) { sleep(3); //print the value semaphore printf("The value of semaphore in the parent process : %d/n", semctl(semid, 0, GETVAL)); //post the semaphore V printf("I post the semaphore !/n"); if(semaphore_v(semid) == -1) { printf("post the semaphore fail!/n"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("post done !/n"); exit(0); } else { //wait the semaphore P if(semaphore_p(semid) == -1) { printf("Wait the semphore fail!/n"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("I get the semaphore!/n"); //destroy the semaphore semctl(semid, 0, IPC_RMID); exit(0); }}