共享内存通过信号量控制读写

信号量函数定义如下：

#include <sys/sem.h>
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);

事实上，为了获得我们特定操作所需要的#define定义，我们需要在包含sys/sem.h文件之前通常需要包含sys/types.h与sys/ipc.h文件。而在某些情况下，这并不是必须的。

因为我们会依次了解每一个函数，记住，这些函数的设计是用于操作信号量值数组的，从而会使用其操作向比单个信号量所需要的操作更为复杂。

注意，key的作用类似于一个文件名，因为他表示程序也许会使用或是合作所用的资源。相类似的，由semget所返回的并且为其他的共享内存函数所用的标识符与由fopen函数所返回 的FILE*十分相似，因为他被进程用来访问共享文件。而且与文件类似，不同的进程会有不同的信号量标识符，尽管他们指向相同的信号量。key与标识符的用法对于在这里所讨论的所有IPC程序都是通用的，尽管每一个程序会使用独立的key与标识符。

semget

semget函数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

函数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

semctl函数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unionsemun，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。

信号量与共享内存的共同使用例子：

write 端:

    #include <stdio.h>      #include <stdlib.h>      #include <string.h>      #include <sys/types.h>      #include <sys/ipc.h>      #include <sys/shm.h>      #include <errno.h>      #include "sem.h"            typedef struct      {          char buf[1024];      }memory;            int main(int argc, const char *argv[])      {          key_t key;          memory *p = NULL;          int shmid;          int create_flag = 0;          int sem_id;                if ((key = ftok(".", 'a')) < 0)          {              perror("failed to get key");              exit(-1);          }                if ((sem_id = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)          {              if (errno == EEXIST)              {                  if ((sem_id = semget(key, 1, 0666)) < 0)                  {                      perror("failed to semget");                      exit(-1);                  }              }          }                init_sem(sem_id, 0);                if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)          {              if (errno == EEXIST)              {                         if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666)) < 0)                  {                      perror("failed to shmget memory");                      exit(-1);                  }              }              else              {                  perror("failed to shmget");                  exit(-1);              }          }          else               create_flag = 1;                if ((p = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)(-1))          {              perror("failed to shmat memory");              exit(-1);          }                while(1)          {              printf(">");              fgets(p->buf, sizeof(p->buf), stdin);              p->buf[strlen(p->buf) - 1] = 0;                    sem_v(sem_id);                    if (strncmp(p->buf, "quit", 4) == 0)                  break;          }                if (create_flag == 1)          {              if (shmdt(p) < 0)              {                  perror("failed to shmdt memory");                  exit(-1);              }                    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)              {                     perror("failed to delete share memory");                  exit(-1);              }                    delete_sem(sem_id);          }                return 0;      }  （2）read.c（读端）[cpp] view plaincopyprint?    #include <stdio.h>      #include <stdlib.h>      #include <string.h>      #include <sys/types.h>      #include <sys/ipc.h>      #include <sys/shm.h>      #include <errno.h>      #include "sem.h"            typedef struct      {          char buf[1024];      }memory;            int main(int argc, const char *argv[])      {          key_t key;          int shmid;          memory *p = NULL;          int create_flag = 0;          int sem_id;                if ((key = ftok(".", 'a')) < 0)          {              perror("failed to get key");              exit(-1);          }                if ((sem_id = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)          {              if (errno == EEXIST)              {                  if ((sem_id = semget(key, 1, 0666)) < 0)                  {                      perror("failed to semget");                      exit(-1);                  }              }          }                init_sem(sem_id, 0);                if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)          {              if (errno == EEXIST)              {                  if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666)) < 0)                  {                      perror("failed to create share memory");                      exit(-1);                  }              }              else              {                  perror("failed to shmget");                  exit(-1);              }          }          else              create_flag = 1;                if ((p = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)(-1))          {              perror("failed to shmat");              exit(-1);          }                    while(1)          {              sem_p(sem_id);                    if (strncmp(p->buf, "quit", 4) == 0)                  break;                    printf("recv: %s\n", p->buf);                }                if (create_flag == 1)          {              if (shmdt(p) < 0)              {                  perror("failed to shmdt");                  exit(-1);              }                    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)              {                  perror("failed to delete share memory");                  exit(-1);              }                    delete_sem(sem_id);          }                return 0;      }  

程序实现：  创建一个写端和一个读端，写端写入数据后读端才开始读，读端读完数据后，写端才可以开始写，这样的同步采用信号机制实现，并且写端与读端打开顺序不同也能实现功能；