进程的IPC *** 作 之 信号量

目录

一 信号量的定义

二 信号量的 *** 作

2.1 信号量的创建

2.2 信号量的PV *** 作

2.3 信号量的设置

三.测试案例

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一 信号量的定义

信号量的出现，主要是为了解决进程之间对于临界资源的独占式访问的问题。信号量可以满足对于临界资源的访问只能有一个进程。

二 信号量的 *** 作

LINUX的信号量API都定义在sys/sem.h头文件中：

2.1 信号量的创建

int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

函数功能：创建或者获取由键值key标识的信号量集合。

函数参数：

key：主要是用于在全局唯一的表示一个信号量集合，相当于全局的文件名一样。

num_sems：主要是用于设置所创建信号量集合中信号量的个数；用于获取的时候可以不用设置。

sem_flags：主要讲解几个参数：

IPC_CREAT：如果该key值表示的信号量集不存在，则创建；如果存在，则获取；IPC_EXCL：只能和其他参数联合使用，如果和IPC_CREAT联合使用，则当key值表示的信号量集合存在，则返回错误：EEXIST。

当创建成功时，会在内核中创建一个变量和该信号量关联：

struct semid_ds{
    struct ipc_perm sem_perm;
    unsigned long int sem_nsems;
    time_t sem_otime;
    time_t sem_ctime;
};

其中，ipclass="superseo">c_perm是LINUX内核用于表示所有IPC变量（信号量，共享内存以及消息队列）以及其相关权限的结构体：

struct ipc_perm{
    key_t key;//用于全局标识唯一的IPC变量
    uid_t uid;//用户id
    gid_t gid;//用户组id
    uid_t cuid;//创建者id
    gid_t cgid;//创建者所在组id
    mode_t mode;//访问权限
};

2.2 信号量的PV *** 作

首先来讲一下和每个信号量相关的内核变量：

unsigned short semval;//该信号量的值
unsigned short semncnt;//等待该信号量不为0的进程数
unsigned short semzcnt;//等待该信号量为0的进程数
pid_t sempid;//上一次修改该信号量值的进程PID

PV *** 作的函数如下所示：

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

函数功能：主要是对该信号量进行PV *** 作。

函数参数：

sem_id：semget()函数返回的信号量集标识符。sem_ops：指向一个sembuf类型的结构体数组：

struct sembuf{
unsigned short int sem_num;//该信号量在信号量集中的位置
short int sem_op;//相应的对于该信号量的加减 *** 作的值
short int sem_flg;
};

    3.num_sem_ops：要执行 *** 作的个数。

具体 *** 作流程：

a. 当sem_op大于0时，将会对该信号量集中对应信号量的值加sem_op；

b. 当sem_op小于0时，将会对该信号量集中对应信号量的值减去sem_op；

当信号量的当前值semval小于等于sem_op，则 *** 作成功；

当信号量的当前值semval大于sem_op，则 *** 作失败：如果sem_flg的值设为IPC_NOWAIT，则会返回错误EAGAIN，不会阻塞等待；如果sem_flg的值未设为IPC_NOWAIT，则会阻塞等待，阻塞等待结束条件是：semval值增加到大于等于sem_op；该信号量集被进程回收，会返回错误EIDRM；该semop()函数被中断，返回错误EINTR。

c. 当sem_op等于0时，则会等待该信号的semval值为0：

当信号量的当前值semval等于0，则 *** 作成功；

当信号量的当前值不为0，则 *** 作失败：如果sem_flg设为IPC_NOWAIT，则会返回错误EAGAIN，不会阻塞等待；如果sem_flg的值未设为IPC_NOWAIT，则会阻塞等待，阻塞等待结束条件是：semval值变为0；信号量集被进程回收，返回错误EIDRM；semop() *** 作被中断，返回错误EINTR。

2.3 信号量的设置

int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, union semun);

函数功能：用于给sem_id标识的信号量集进行设置。

函数参数：

a.用户自己定义的参数，一般格式为：

union semun{
int val;
struct semid_ds* buf;
unsigned int* array;
struct seminfo* _buf;
};

b.command：一个指令，常用指令如下：

IPC_STAT：用于将该sem_id标识的信号量集的所有信号量结构体semid_ds值存入buf中；

IPC_SET：用于设置sem_id标识信号量集的所有信号量结构体semid_ds值为buf；

GETVAL：用于将sem_id标识的信号量集中的第sem_num个信号量的值semval存入val中；

SETVAL：与GETVAL相反；

GETALL：用于将sem_id标识的信号量集中的所有信号量的值semval存入array中；

SETALL：与GETALL相反。

三.测试案例

下面我将要测试信号量对于代码执行过程的影响，代码如下所示：

#include
#include
#include
#include
#include

union semun{
	int val;
	struct semid_ds* buf;
	unsigned short int* array;
	struct seminfo* _buf;
};

void pv(int sem_id, int sem_op)
{
	struct sembuf sem_ops;
	sem_ops.sem_num = 0;
	sem_ops.sem_op = sem_op;
	sem_ops.sem_flg = SEM_UNDO;
	semop(sem_id, &sem_ops, 1);
}

int main()
{
	printf("开始:\n");
	int sem_id = semget(IPC_PRIVATE, 1, 0666);//创建信号量集(其中只有一个信号量)
	union semun sem_un;
	sem_un.val = 1;//信号量初始值设为1,这里只测试二元信号量
	semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_un);
	pid_t pid = fork();
	if(pid < 0)
		return -1;
	else if(pid == 0)
	{
		printf("这是子进程.\n");
		pv(sem_id, -1);//进入临界区
		printf("子进程休息.\n");
		sleep(5);
		printf("子进程休息完毕.\n");
		pv(sem_id, 1);//退出临界区
		exit(0);//终止子进程
	}
	else
	{
		printf("这是父进程.\n");
		pv(sem_id, -1);//进入临界区
		printf("父进程休息.\n");
		sleep(5);
		printf("父进程休息完毕.\n");
		pv(sem_id, 1);//退出临界区
	}
	waitpid(pid, NULL, 0);//回收子进程
	semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_un);//删除信号量
	return 0;
}

1.当加入pv *** 作时,代码执行结果如下所示：

 2.当注释pv *** 作时,代码执行结果如下所示：