linux进程间通信：system V 信号量

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linux进程间通信：system V 信号量

文章目录

- - - 概念描述
    - 通信原理
    - 编程接口
    - 使用流程
    - 编程案例

概念描述

英文：semaphore 简称SEM，主要用来进行进程间同步
本质：内核维护的一个正整数，可对其进行各种+/-操作
分类：systemV 信号量、POSIX 有名信号量、POSIX 无名信号量
用途：用来标示系统中可用资源的的个数，协调各个进程有序的访问资源，防止发生冲突
P操作：程序在进入临界区之前要对资源进行申请
V操作：程序离开临界区后要释放相应的资源

通信原理

类似于房卡，不是单个值，而是一组（实际上是数组）信号量元素构成
将信号量初始设置成一个绝对值
在信号量当前值的基础上加一个数量
在信号量当前值的基础上减去一个数量，降到0以下再去访问会引起阻塞
阻塞进程一直等待其他进程修改该信号量的值，直到恢复正常运行
信号量本身无意义，通常会与一块临界资源（共享内存）关联使用

编程接口

获取信号量ID

a. 头文件

b. int semget(key_t key,int nsem, int semflg)

c. 函数参数：
- key: 用来表示信号量的键，通常使用值IPC_PRIVATE或者由ftok创建
- nsem: 信号的数量，所有的信号量放在一个数组里
- semflg:位掩码，用来设置信号量的权限或者检查一个已有信号量的权限
  
  IPC_CREAT: 如果找不到指定的key相关联的信号量，创建一个信号量集合
  
  IPC_EXCL: 若指定了IPC_CREAT且指定key相关联的信号量存在，报EXIST错误
d. 返回值
- 成功：返回操作信号量描述符
- 失败：返回-1
设置信号量

a. 头文件

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

c. 函数参数：
- semid: 信号量的描述符，标识符；用于操作信号量
- semnum: 信号量的数量，所有的信号量放在一个数组内
- cmd :
  
  IPC_RMID :删除信号量及相关联的内核smid_ds数据结构
  
  IPC_STAT: 获取semid_ds的副本
  
  IPC_SET: 设置semid_ds的数据结构
  
  GETVAL: 获取信号集中地 semnum个信号量的值
  
  GETALL: 获取所有信号量的值
  
  SETVAL: 设置信号集中的第semnum个信号量的值
d. 函数返回值
- 成功：根据cmd命令，返回不同的值
- 失败：-1

信号量P/V操作

a. 头文件

b. int semop(int semid,struct sembuf *sops, size_t nsops);

c. 函数参数：

semid :信号的IPC标识符

sops: 指向数组的指针，数组中包含了需要执行的操作

struct sembuf { unsigned short sem_num; // 标识要操作的信号集中的信号量/*sem_op如下信息：a.若大于0 将sem_op的值加到信号量值上b. 若等于0 ，则对信号量进行检查，确定其当前值是否为0，若为0则操作结束；若不为0，则一直阻塞，直到为0结束c. 若小于0，则将信号量值减去sem_op,最后结果大于或等于0，操作立即结束；若最后结果小于0，则当前进程会阻塞*/short sem_op;/*信号操作对标记，SEM_UNDO,IPC_NOWAIT*/short sem_flag;
}

nsops:数组的大小

d. 返回值

成功：根据cmd命令，返回不同的值
失败：-1，并设置errno全局变量

使用流程

使用semget 创建或打开一个信号量集
使用semctl SETVAL 或 SETALL 操作初始化集合中的信号量（其中一个进程操作即可，内核中维护，对其它进程是全局可见的）
使用semop操作信号量的值，多个进程通过多信号量值的操作来表示一些临界资源的获取和释放
当所有进程不再需要信号量集时，使用semctl IPC_RMID 操作删除这个信号量集（其中一个进程操作即可）

编程案例

sem_create.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include #include 
#include 
#include union semnum { int val;struct semid_ds *buf;unsigned short int *array;struct seminfo *__buf;
};int main ()
{ int sem_id;key_t key;if ((key =ftok(".",111)) == -1) { printf("create key failed 
");_exit(-1);}//使用semget 创建或打开一个信号量集if ((sem_id = semget(key,3,IPC_CREAT | 0770)) == -1) { printf("create shm_id failed 
");_exit(-1);} printf("sem_id is :%d
",sem_id);//获取信号量中的值int sem_value;sem_value = semctl(sem_id , 0, GETVAL);printf("sem value is %d
",sem_value);//使用semctl SETVAL 或 SETALL 操作初始化集合中的信号量。通过sem_union设置信号量的值union semnum sem_union;sem_union.val = 2;semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union);sem_value = semctl(sem_id ,0, GETVAL);printf("sem value after reset is %d
",sem_value);//使用semop操作信号量，对信号量进行pv操作，这里是-1struct sembuf sops,sops2,sops3;sops.sem_num = 0;sops.sem_op = -1;sops.sem_flg = SEM_UNDO;/*sops.sem_num = 1;sops.sem_op = -1;sops.sem_flg = SEM_UNDO;sops.sem_num = 2;sops.sem_op = -1;sops.sem_flg = SEM_UNDO;*/if( -1 == (semop(sem_id,&sops, 1)) ) { printf("semop set failed 
");_exit(-1);}sem_value = semctl(sem_id, 0, GETVAL);printf("sem value after semop is %d
",sem_value);sleep(30);semctl(sem_id, 0 ,IPC_RMID);return 0;
}

最终的输出如下：

sem_id is :524314
sem value is 0
sem value after reset is 2
sem value after semop is 1

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概念描述

通信原理

编程接口

使用流程

编程案例

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