XSI进程间通信---信号量

1. 基本特点
 1) 相当于计数器，用于限制多个进程对有限共享资源的访问。
 2) 多个进程获取有限共享资源的操作模式
   A. 测试控制该资源的信号量；
   B. 若信号量大于0，则进程可以使用该资源， 为了表示此进程已获得该资源，需将信号量减1；
   C. 若信号量等于0，则进程休眠等待该资源， 直到信号量大于0，进程被唤醒，执行步骤A；
   D. 当某进程不再使用该资源时，信号量增1，  正在休眠等待该资源的其它进程将被唤醒。
 3）内核维护一个semid_ds结构体

struct semid_ds {    struct ipc_perm sem_perm;  // 权限信息    time_t          sem_otime; // 上次执行 semop 的时间    time_t          sem_ctime; // 最后更新时间    unsigned short  sem_nsems; // 在信号量集合里的索引};

struct ipc_perm {    key_t          __key; // 键值    uid_t          uid;   // 有效属主ID    gid_t          gid;   // 有效属组ID    uid_t          cuid;  // 有效创建者ID    gid_t          cgid;  // 有效创建组ID    unsigned short mode;  // 权限字    unsigned short __seq; // 序列号};

2. 常用函数

1) 创建/获取信号量

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

A. 该函数以key参数为键值创建一个信号量集合  (nsems参数表示集合中的信号量数 ,或获取已有的信号量集合(nsems取0)。

B. semflg取值：
  0         - 获取，不存在即失败。
  IPC_CREAT - 创建，不存在即创建，已存在即获取，除非...
  IPC_EXCL  - 排斥，已存在即失败。
C. 成功返回信号量集合标识semid，失败返回-1。

2) 操作信号量：它的作用是改变信号量的值

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

struct sembuf {    unsigned short sem_num; // 信号量下标    short          sem_op;  // 操作数    short          sem_flg; // 操作标记};

A. 该函数对semid参数所标识的信号量集合中， 由sops参数所指向的包含nsops个元素的， 结构体数组中的每个元素，依次执行如下操作：

   a) 若sem_op大于0， 则将其加到第sem_num个信号量的计数值上，以表示对资源的释放；

   b) 若sem_op小于0，则从第sem_num个信号量的计数值中减去其绝对值，以表示对资源的获取；

   c) 若第sem_num个信号量的计数值不够减(信号量不能为负)， 则此函数会阻塞，直到该信号量够减为止，以表示对资源的等待；

   d) 若sem_flg包含IPC_NOWAIT位，则当第sem_num个信号量的计数值不够减时， 此函数不会阻塞，而是返回-1，errno为EAGAIN，以便在等待资源的同时还可做其它处理；

   e) 若sem_op等于0，则直到第sem_num个信号量的计数值为0时才返回， 除非sem_flg包含IPC_NOWAIT位。

B. 成功返回0，失败返回-1。

3) 销毁/控制信号量

int semctl (int semid, int semnum, int cmd);int semctl (int semid, int semnum, int cmd,union semun arg);

函数描述：semctl() 在 semid 标识的信号量集上，或者该集合的第 semnum 个信号量上执行 cmd 指定的控制命令。(信号量集合索引起始于零。)

A. senum :信号集的索引，用来存取信号集内的某个信号

union semun {          int val;               // SETVAL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 }; 

B. cmd取值：
   IPC_STAT - 获取信号量集合的属性，通过arg.buf输出。
   IPC_SET  - 设置信号量集合的属性，通过arg.buf输入，仅三个属性可设置
   IPC_RMID - 立即删除信号量集合。  此时所有阻塞在对该信号量集合的，semop函数调用，都会立即返回失败，errno为EIDRM。
   GETALL   - 获取信号量集合中每个信号量的计数值，  通过arg.array输出。
   SETALL   - 设置信号量集合中每个信号量的计数值，通过arg.array输入。
   GETVAL   - 获取信号量集合中， 第semnum个信号量的计数值， 通过返回值输出。
   SETVAL   - 设置信号量集合中，第semnum个信号量的计数值， 通过arg.val输入。
   注意：只有针对信号量集合中具体某个信号量的操作，才会使用semnum参数。针对整个信号量集合的操作，会忽略semnum参数。
C. 成功返回值因cmd而异，失败返回-1。

3. 编程模型

这里模拟一个简单的借书还书的案例：

#include <stdio.h>#include <errno.h>#include <sys/sem.h>int pleft (int semid) {int val = semctl (semid, 0, GETVAL);if (val == -1) {perror ("semctl");return -1;}printf ("还剩%d册。\n", val);return 0;}int main (void) {printf ("创建信号量...\n");key_t key = ftok (".", 100);if (key == -1) {perror ("ftok");return -1;}int semid = semget (key, 1, 0644 | IPC_CREAT | IPC_EXCL);if (semid == -1) {perror ("semget");return -1;}printf ("初始信号量...\n");if (semctl (semid, 0, SETVAL, 5) == -1) {perror ("semctl");return -1;}int quit = 0;while (! quit) {printf ("--------\n");printf ("三国演义\n");printf ("--------\n");printf ("[1] 借阅\n");printf ("[2] 归还\n");printf ("[0] 退出\n");printf ("--------\n");printf ("请选择：");int sel = -1;scanf ("%d", &sel);switch (sel) {case 0:quit = 1;break;case 1: {//printf ("请稍候...\n");struct sembuf sops = {0, -1, /*0*/IPC_NOWAIT};if (semop (semid, &sops, 1) == -1) {if (errno == EAGAIN) {printf ("暂时无书，下回再试。\n");break;}else {perror ("semop");return -1;}}printf ("恭喜恭喜，借阅成功。\n");pleft (semid);break;}case 2: {struct sembuf sops = {0, 1, 0};if (semop (semid, &sops, 1) == -1) {perror ("semop");return -1;}printf ("好借好还，再借不难。\n");pleft (semid);break;}default:printf ("无效选择！\n");scanf ("%*[^\n]");scanf ("%*c");break;}}printf ("销毁信号量...\n");if (semctl (semid, 0, IPC_RMID) == -1) {perror ("semctl");return -1;}printf ("大功告成！\n");return 0;}

#include <stdio.h>#include <errno.h>#include <sys/sem.h>int pleft (int semid) {int val = semctl (semid, 0, GETVAL);if (val == -1) {perror ("semctl");return -1;}printf ("还剩%d册。\n", val);return 0;}int main (void) {printf ("获取信号量...\n");key_t key = ftok (".", 100);if (key == -1) {perror ("ftok");return -1;}int semid = semget (key, 0, 0);if (semid == -1) {perror ("semget");return -1;}int quit = 0;while (! quit) {printf ("--------\n");printf ("三国演义\n");printf ("--------\n");printf ("[1] 借阅\n");printf ("[2] 归还\n");printf ("[0] 退出\n");printf ("--------\n");printf ("请选择：");int sel = -1;scanf ("%d", &sel);switch (sel) {case 0:quit = 1;break;case 1: {//printf ("请稍候...\n");struct sembuf sops = {0, -1, /*0*/IPC_NOWAIT};if (semop (semid, &sops, 1) == -1) {if (errno == EAGAIN) {printf ("暂时无书，下回再试。\n");break;}else {perror ("semop");return -1;}}printf ("恭喜恭喜，借阅成功。\n");pleft (semid);break;}case 2: {struct sembuf sops = {0, 1, 0};if (semop (semid, &sops, 1) == -1) {perror ("semop");return -1;}printf ("好借好还，再借不难。\n");pleft (semid);break;}default:printf ("无效选择！\n");scanf ("%*[^\n]");scanf ("%*c");break;}}printf ("大功告成！\n");return 0;}

               

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