进程间通信-信号量

1.1. 信号量

信号量是一个内核变量，可以被任意进程访问

sv是一个信号变量

P(sv)等待,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)唤醒信号，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。

 

#include<sys/sem.h>

(1)  int semget(key_t key, intnum_sems, int sem_flags);

l  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。

l  num_sems参数是所需要的信号量数目。这个值通常总是1。

l  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。

l  return：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。

#define SEM_KEY 1111

int sem_id =semget(SEM_KEY,2,0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL);

//创建信号量集，且是唯一的新的

 

(2)  int semop(int sem_id, structsembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops); 函数semop用来改变信号量的值

l  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;
}

l  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。

l  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。

l  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。

int sem_id =semget(SEM_KEY,2,0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL);

struct sembufactions[2]; //0代表reader,1是wirter

actions[0]. sem_num = 0;

actions[0]. sem_op =0;//等待，直到没有reader

actions[0]. sem_flg = SEM_UNDO;

actions[1]. sem_num = 0;

actions[1]. sem_op =+1;//增加wirter的数目

actions[1]. sem_flg = SEM_UNDO;

semop(semid, actions,2);

 

(3)  int semctl(int sem_id, intsem_num, int command, ...); semctl函数允许信号量信息的直接控制

l  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。

 

l  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。

l  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。

union semun init;

init.value = val;

semctl(semset_id,0,SETVAL, init)//设置值

semctl(semset_id, 0,IPC_RMID, 0)//删除信号量

 

例子:

服务器:

#include<sys/sem.h>

int seg_id,semset_id;

#define TIME_MEM_KEY 99

#define TIME_SEG_KEY9999

#def SEG_SIZE 100

#def oops(x,y){ perror(x);exit(y);}

void set_mem_value(intsemid,int sum_num,value){

         union semun init;

         init.value = value;

         if(semctl(semid, sum_num,SETVAL, init)){

                  oops(“semctl”,9);

         }

}

void wait_and_lock(intsemset_id){

         struct sembuf actions[2]; //0代表reader,1是wirter

         actions[0]. sem_num = 0;

         actions[0]. sem_op =0;//等待，直到没有reader

         actions[0]. sem_flg = SEM_UNDO;

         actions[1]. sem_num = 0;

         actions[1]. sem_op =+1;//增加wirter的数目

         actions[1]. sem_flg = SEM_UNDO;

         if(semop(semid, actions,2)==-1){

                  oops(“semop”,9);

         }

}

void release_lock(intsemset_id){

         struct sembuf actions[1];

         actions[0]. sem_num = 1;

         actions[0]. sem_op = -1;// 减少wirter的数目

         actions[0]. sem_flg = SEM_UNDO;

         if(semop(semid, actions,1)==-1){

                  oops(“semop”,10);

         }

}

void main(){

char *pmem = NULL,*pctime;

time_t now;

/*分配共享内存*/

seg_id = shmget(TIME_MEM_KEY,SEG_SIZE,IPC_CREAT|0777);

if(seg_id<0){

       oops(“shmget”,1);

}

pmem = shmat(seg_id,NULL,0);

if(pmem==NULL){

       oops(“shmat”,2);

}

/*获取信号量集*/

semset_id =segget(TIME_SEG_KEY,2,0666| IPC_CREAT|IPC_EXCL);

if(semset_id == -1){

       oops(“segget”,3);

}

set_mem_value(semset_id,0,0);

set_mem_value(semset_id,1,0);

signal(SIGINT,cleanup);/*收到信号SIGINT时的处理函数是cleanup */

while(1){

       time(&now);

       wait_and_lock(semset_id);/*读挂起，写打开*/

       strcpy(pmem,ctime(&now));

}

}

 

/*客户端程序*/

void wait_and_lock(int semset_id){

          structsembuf actions[2]; //0代表reader,1是wirter

          actions[0].sem_num = 1;

          actions[0].sem_op =0;//等待，直到没有wirter

          actions[0].sem_flg = SEM_UNDO;

          actions[1].sem_num = 0;

          actions[1].sem_op =  +1;//增加reader的数目

          actions[1].sem_flg = SEM_UNDO;

          if(semop(semid,actions,2)==-1){

                  oops(“semop”,9);

          }

}

void release_lock(int semset_id){

          structsembuf actions[1];

          actions[0].sem_num = 0;

          actions[0].sem_op = -1;// 减少reader的数目

          actions[0].sem_flg = SEM_UNDO;

          if(semop(semid,actions,1)==-1){

                  oops(“semop”,10);

          }

}

 

void main(){

char *pmem = NULL,*pctime;

time_t now;int semset_id;

seg_id = shmget(TIME_MEM_KEY,SEG_SIZE,IPC_CREAT|0777);

if(seg_id<0){

       oops(“shmget”,1);

}

pmem = shmat(seg_id,NULL,0);

if(pmem==NULL){

       oops(“shmat”,2);

}

semset_id = segget(TIME_SEG_KEY,2,0);

if(semset_id == -1){

       oops(“segget”,3);

}

wait_and_lock(semset_id);

printf(“%s”,pmem);

release_lock(semset_id);

   shmdt(pmem);

}