Linux--进程间通信之信号量

来源：互联网发布：崩坏3舰团矩阵buff 编辑：程序博客网时间：2024/05/17 04:25

现在已经写了两种进程间通信方式

Linux--进程间通信之匿名管道及命名管道：http://blog.csdn.net/sayhello_world/article/details/59556670

Linux--进程间通信之消息队列：http://blog.csdn.net/sayhello_world/article/details/59690231

今天我们来说第三种进程间通信方式--信号量。

一．什么是信号量？

信号量的使用主要是用来保护共享资源，使得资源在一个时刻只有一个进程（线程）所拥有。

信号量的值为正的时候，说明它空闲。所测试的线程可以锁定使用它。若为0，说明它被占用，测试的线程要进入睡眠队列中，等待被唤醒。

二．为什么要有信号量？

当我们进行进程间通信的时候，若写端向其写hello world，读端读取，则很有可能写端还未写完hello world，读端就已经读取了。这样子便会导致数据不一致问题，为了避免这一问题，便有了信号量。

介绍几个概念：

原子性：通俗的来说就是一件事要么做了，要么没做，如果他做了一定是做完了。

临界资源：不同的进程看到共同的资源。

临界区：共同访问临界资源的那段代码。

所以这里的保护机制，保护的是临界区，因为我们只能控制代码。

三．信号量两种操作

由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号，即P(sv)和V(sv),他们的行为是这样的：

P(sv)：如果sv的值大于零，就给它减1；如果它的值为零，就挂起该进程的执行

V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待sv而挂

起，就给它加1.

那么我们可以知道，PV操作为原子性的，二元信号量本身就为一把锁。

同步：访问临界资源并以特定的顺序访问。（一般同步都在互斥的情况下）

互斥：在任意时刻只允许一个人进入临界区访问临界资源。

饥饿：长时间没有得到资源。

那么就会有一个问题：

如果有一个全局变量，他能让两个进程同时看到，它能取代信号量吗？

不能，因为变量开始存于内存中，但是加减运算在CPU中，若要给此变量加减1，则应该先将他取到CPU中，CPU中加一，再返给内存中，需要三步。任意一步都可能会被中断，所以与另一进程不具有互斥性。

那么我们来实现一下信号量：

思路：两个进程两行打印输出A和B，如果没有信号量之前，则可能是AB可能是乱序输出，如果加了PV操作，则应该是成对输出。

需要用到的函数：

信号量的创建：

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

key:与消息队列中key值含义相同，用ftok生成

nsems:信号量特有的参数，在system V下申请信号量是以信号量集的方式，次变量表示信号量的个数是多少个。

semflg:与消息队列中相同，两个参数IPC_CREAT与IPC_EXCL

详情见：http://blog.csdn.net/sayhello_world/article/details/59690231

信号量的获取：

与消息队列创建相同，只是semflg传的参数不同，获取时只需传IPC_CREAT

信号量的销毁：

int semctl(int semid,int semnum,int cmd,.....)

返回值：失败返回-1

semnum：操作信号量集中的哪一个信号量

cmd：销毁时用IPC_RMID

信号量的初始化：

与信号量的销毁相同，只是这时传的值不同。

semctl(semid,which,SETVAL,un)

这里un为一个结构体如下

union semun {
int val; // 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
};

PV操作：

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

函数参数：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;//除非使用一组信号量，否则它为0，一般从0,1,...num_secs-1      short sem_op;//信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P（等待）操作， 一个是+1，即V（释放信号）操作。      short sem_flg;//通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量  };

着重说一下第三个成员：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。

第三个参数num_sem_ops，表示进行操作信号量的个数，即sops结构变量的个数，需大于或等于1。最常见设置此值等于1，只完成对一个信号量的操作。

函数返回值：成功：返回信号量集的标识符，错误，返回-1

comm.h

#ifndef __COMM_H__#define __COMM_H__#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#define PATHNAME "."#define PROJ_ID 0X666typedef union semun{   int      val;    /* Value for SETVAL */   struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */   unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */   struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO (Linux-specific) */}_semun;int create_sem(int semnum);int get_sem();int init_sem(int semid,int which,int _val);int destroy_sem(int semid);int P(int semid,int which);int V(int semid,int which);#endif

comm.c

#include"comm.h"static int comm_sem(int semnum,int flags){        key_t k = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);        int semid = semget(k,semnum,flags);        if(semid < 0)        {                perror("semget\n");  return -1;        }        return semid;}int creat_sem(int semnum){        return comm_sem(semnum,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);}int get_sem(){        return comm_sem(0,IPC_CREAT);}int destroy_sem(int semid){        if(semctl(semid,0,IPC_RMID) < 0)        {                perror("semctl");                return -1;        }        return 0;}int init_sem(int semid,int which,int _val){ _semun un;        un.val = _val;        if(semctl(semid,which,SETVAL,un) < 0)        {                perror("init_sem");                return -1;        }        return 0;}static int comm_op(int semid,int which,int op){        struct sembuf sbuf;        sbuf.sem_num = which;        sbuf.sem_op = op;        sbuf.sem_flg = 0;        return semop(semid,&sbuf,1);}int P(int semid,int which){        return comm_op(semid,which,-1);}int V(int semid,int which){        return comm_op(semid,which,1);}

测试代码：

comm_test.c

#include"comm.h"int main(){        int semid = creat_sem(1);        init_sem(semid,0,1);        int status = 0;        pid_t id = fork();        if(id< 0){                perror("fork");                return -1;        }        else if(id == 0){//child                while(1){                        int _semid = get_sem();                        P(_semid,0);                        printf("A");                        usleep(12345);                        fflush(stdout);                        printf("A");                        usleep(55787);                        fflush(stdout);                        V(_semid,0);                }                exit(1);        }else{//father                while(1)                {                        P(semid,0);                        printf("B");                        usleep(16745);                        fflush(stdout);                        printf("B");                        usleep(59887);                        fflush(stdout);                        V(semid,0);                }                wait(&status);                destroy_sem(semid);        }        return 0;}

未添加信号量之前：有单个出现的

用信号量之后：都是成双出现的

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