進程通信之信號量

原創

xngjing

2020-02-21 20:48

一信號量（信號燈）概念：

信號量提供一種訪問機制，讓一個臨界區同一時間只有一個進程在訪問他，也就是說信號量用來協調進程對共享資源的訪問的。

信號量是一個特殊的變量，程序對其訪問都是原子操作，只允許對他進行等待（P）和發送信息（V）的操作。最簡單的信號量只能取0和1的變量，這也是信號量最常見的一種形式，叫做二進制信號量。可以取多個正整數的信號量稱爲信號量。

信號量與其他進程間通信方式不大相同，主要用途是保護臨界資源。進程可以根據他判斷是否能夠訪問某些資源。

當進程A要獲取臨界資源S時，首先要獲取臨界資源的信號量M，M的初始值爲1，當獲取到M並發現M的值大於1時，可以反問臨界資源M,且信號量-1，M=0。當進程B也要訪問臨界資源S時，也要首先獲取臨界資源S的信號量M，發現M的值爲0時，無法獲取臨界資源S,進程B阻塞等待。當進程A訪問完臨界資源後，信號量M加1，變爲M=1,同時喚醒進程B，使得B能夠訪問臨界資源S，以此類推，交替訪問臨界資源S。

二信號量創建：int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags); 成功返回一個相應信號標識符，失敗返回-1

1,key 鍵值，由ftok提供，第一個參數key是整數值（唯一非零），不相關的進程可以通過它訪問一個信號量，它代表程序可能要使用的某個資源，程序對所有信號量的訪問都是間接的，程序先通過調用semget函數並提供一個鍵，再由系統生成一個相應的信號標識符（semget函數的返回值），只有semget函數才直接使用信號量鍵，所有其他的信號量函數使用由semget函數返回的信號量標識符。

2，num_sems指定需要的信號數目，它的值幾乎總是1；

3，sem_flags 是一組標誌，當想要當信號量不存在時創建一個新的信號量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。設置了IPC_CREAT標誌後，即使給出的鍵是一個已有信號量的鍵，也不會產生錯誤。而IPC_CREAT | IPC_EXCL則可以創建一個新的，唯一的信號量，如果信號量已存在，返回一個錯誤。

三操作：改變信號量的值

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

1，sem_id 是由semget返回的信號量標識符

2，sembuf

struct sembuf

{
short sem_num;//除非使用一組信號量，否則它爲0
short sem_op;//信號量在一次操作中需要改變的數據，通常是兩個數，一個是-1，即P（等待）操作，
//一個是+1，即V（發送信號）操作。
short sem_flg;//通常爲SEM_UNDO,使操作系統跟蹤信號，
//並在進程沒有釋放該信號量而終止時，操作系統釋放信號量
};
3, nsops：信號操作結構的數量，恆大於或等於1

四控制 int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);

如果有第四個參數，它通常是一個union semum結構，定義如下：
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};

1，sem_id信號量標識符

2，操作信號在信號集中的編號，第一個信號的編號是0

3，command：

STEVAL：把信號量初始化爲一個已知的值。P這個值通過union semun中的val成員設置，其作用是在信號量第一次使用前對他進行設置

IPC_RMID：刪除一個無需使用的信號量標識符

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

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) */
};

int sem_init(int sem_id)
{
	//int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
	union semun sem;
	sem.val = 1;
	int ret = semctl (sem_id,0,SETVAL,sem);//信號量的初始化
	if(ret == -1)
	{
		perror("semctl ");
		return -1;
	}
	return 0;
}

int sem_del(int sem_id)
{
	int ret = semctl (sem_id,0,IPC_RMID);//刪除信號量
	if(ret == -1)
	{
		perror("semctl ");
		return -1;
	}
	return ret;
}

//信號量的P操作
int sem_p(int sem_id)
{
	struct sembuf sem;
	sem.sem_num = 0;
	sem.sem_op = -1;
	sem.sem_flg = SEM_UNDO;
	
	int ret = semop(sem_id,&sem,1);
	return ret;
}

//信號量的V操作
int sem_v(int sem_id)
{
	struct sembuf sem;
	sem.sem_num = 0;
	sem.sem_op = 1;
	sem.sem_flg = SEM_UNDO;
	
	int ret = semop(sem_id,&sem,1);
	return ret;
}