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進程間通信-信號量
1、為什么要使用信號量
為了防止多個程序同時訪問一個共享資源而引發的一系列問題，故有這樣一種方法，在任何一個時刻只有一個執行線程訪問代碼的臨界區（臨界區是指訪問臨界資源的代碼），而信號量就可以提供這樣的訪問機制，同一時刻只允許一個線程訪問臨界區，也就是說信號量是用來協調進程共享資源訪問的，也就是說信號量用來協調進程對共享資源訪問的，其中共享內存就是用信號量實現的。
2、信號量的工作原理
由于信號量只能進行兩種操作等待和發送信號，他們是p(sv)操作，v(sv)操作。
p(sv)操作：如果sv的值大于0.他就減1，如果sv的值等于0，它就掛起進程的執行。
v(sv)操作：如果有其他進程因等待sv而掛起，則就讓他恢復運行，如果沒有進程因等待它而掛起，就讓他加1.
舉個例子，就是 兩個進程共享信號量sv，一旦其中一個進程執行了P(sv)操作，它將得到信號量，并可以進入臨界區，使sv減1。而第二個進程將被阻止進入臨界區，因為 當它試圖執行P(sv)時，sv為0，它會被掛起以等待第一個進程離開臨界區域并執行V(sv)釋放信號量，這時第二個進程就可以恢復執行。
3、Linux信號量機制
Linux提供了一組精心設置的信號量接口來對信號量進行操作。這些函數都是用來對組的信號量進行操作，他們被聲明在sys/sem.h中。
4、信號量的使用
（1）創建信號量
semget函數創建一個信號量集或者訪問一個已存在的信號量集
int semget (key_t key, int nsem, int oflag)
返回值是一個稱為信號量標識符的整數，semop和semctl函數將使用它。成功返回信號量的標示符，失敗返回-1
key:由ftok（）函數得到，
nsem:創建信號量中的個數
oflag:
IPC_CREAT：若內核中不存在鍵值與key相等的信號量集，則創建，否則，返回此信號量集的標識符
IPC_EXCL:單獨使用無意義
IPC_CREAT | IPC_EXCL :創建一個新的信號量集并返回信號量集的標識符，否則，返回-1.
（2）打開信號量（完成對信號量的PV操作）
用semget打開一個信號量后，對其中一個或多個信號量操作就是用semop來執行。
int semop (int semid, struct sembuf * opsptr, size_t nops)
semid:信號量集標識符
nsops:進行操作信號量的個數，即sops結構變量的個數，需大于或等于1.
opspt:是一個指針，它指向一個信號量操作數組，信號量操作由sembuf結構表示
struct sembuf{
short sem_num; // 除非使用一組信號量，否則它為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; // 通常為SEM_UNDO,使操作系統跟蹤信號，并在進程沒有釋放該信號量而終止時，
// 操作系統釋放信號量
};當操作信號量(semop)時，flg可以設置SEM_UNDO標識；SEM_UNDO用于將修改的信號量值在進程正常退出（調用exit退出或main執行完）或異常退出（如段異常、除0異常、收到KILL信號等）時歸還給信號量。進程以SEM_UNDO方式操作后；在進程未退出時，可以改變信號量的值，在進程退出時，將修改的值歸還給信號量，信號量變成原來的值。
（3）在指定信號集或者信號集上的某個信號進行操作
int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun arg）
semid: 信號量集標識符
semnum:信號量集數組上的下標，表示某一個信號量
第四個參數是可選的，取決于第個信號（操作對象）
參數cmd指定以下10種命令中的一種,在semid指定的信號量集合上執行此命令。
IPC_STAT 讀取一個信號量集的數據結構semid_ds，并將其存儲在semun中的buf參數中。
IPC_SET 設置信號量集的數據結構semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf參數。
IPC_RMID 將信號量集從內存中刪除。
GETALL 用于讀取信號量集中的所有信號量的值。
GETNCNT 返回正在等待資源的進程數目。
GETPID 返回最后一個執行semop操作的進程的PID。
GETVAL 返回信號量集中的一個單個的信號量的值。
GETZCNT 返回這在等待完全空閑的資源的進程數目。
SETALL 設置信號量集中的所有的信號量的值。
SETVAL 設置信號量集中的一個單獨的信號量的值。
5.例子
comm.h
#define _PATH_NAME_ "/tmp"
#define _PROJ_ID_ 0x6666
int create_sem_set();
union semun
{
int val;
struct semid_ds* buf;
unsigned short *array;
struct eminfo*_buf;
};
int init_sem_set(int sem_id,int which,int val);
int create_sem_set(int nums);
int get_sem_set();
int destory_sem_set(int sem_id);
int P(int sem_id,int num);
int V(int sem_id,int num);comm.c
#include"comm.h"
static int comm_sem_set(int nums,int flags)
{
key_t _key = ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
if(_key<0)
{
perror("ftok");
return -1;
}
// int sem_id = semget(_key,nums,IPC_CREAT |IPC_EXCL);
int sem_id = semget(_key,nums,flags);
if(sem_id <0)
{
perror("semget");
return -2;
}
return sem_id;
}
int create_sem_set(int nums)
{
int flags = IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666;
return comm_sem_set(nums,flags);
}
int get_sem_set()
{
int flags = IPC_CREAT;
return comm_sem_set(0,flags);
}
int destory_sem_set(int sem_id)
{
if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID)<0)
{
perror("semctl");
}
return 0;
}
int init_sem_set(int sem_id,int which,int val)
{
union semun _un;
_un.val = val;
if(semctl(sem_id,which,SETVAL,_un)<0)
{
perror("semctl");
return -1;
}
}
static int comm_op(int sem_id,int num,int op)
{
struct sembuf _sembuf;
_sembuf.sem_num = num;
_sembuf.sem_op = op;
_sembuf.sem_flg = 0;
if(semop(sem_id,&_sembuf,1)<0)
{
perror("semop");
return -1;
}
return 0;
}
int P(int sem_id,int num)
{
int op = -1;
return comm_op(sem_id,num,op);
}
int V(int sem_id,int num)
{
int op = -1;
return comm_op(sem_id,num,op);
}test_sem.c
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#define _PATH_NAME_ "/tmp"
#define _PROJ_ID_ 0x6666
int create_sem_set();
union semun
{
int val;
struct semid_ds* buf;
unsigned short *array;
struct eminfo*_buf;
};
int init_sem_set(int sem_id,int which,int val);
int create_sem_set(int nums);
int get_sem_set();
int destory_sem_set(int sem_id);
int P(int sem_id,int num);
int V(int sem_id,int num);
[lh@localhost SEM]$ ^C
[lh@localhost SEM]$ cat comm.c
#include"comm.h"
static int comm_sem_set(int nums,int flags)
{
key_t _key = ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
if(_key<0)
{
perror("ftok");
return -1;
}
// int sem_id = semget(_key,nums,IPC_CREAT |IPC_EXCL);
int sem_id = semget(_key,nums,flags);
if(sem_id <0)
{
perror("semget");
return -2;
}
return sem_id;
}
int create_sem_set(int nums)
{
int flags = IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666;
return comm_sem_set(nums,flags);
}
int get_sem_set()
{
int flags = IPC_CREAT;
return comm_sem_set(0,flags);
}
int destory_sem_set(int sem_id)
{
if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID)<0)
{
perror("semctl");
}
return 0;
}
int init_sem_set(int sem_id,int which,int val)
{
union semun _un;
_un.val = val;
if(semctl(sem_id,which,SETVAL,_un)<0)
{
perror("semctl");
return -1;
}
}
static int comm_op(int sem_id,int num,int op)
{
struct sembuf _sembuf;
_sembuf.sem_num = num;
_sembuf.sem_op = op;
_sembuf.sem_flg = 0;
if(semop(sem_id,&_sembuf,1)<0)
{
perror("semop");
return -1;
}
return 0;
}
int P(int sem_id,int num)
{
int op = -1;
return comm_op(sem_id,num,op);
}
int V(int sem_id,int num)
{
int op = -1;
return comm_op(sem_id,num,op);
}
[lh@localhost SEM]$ ^C
[lh@localhost SEM]$ clear
[lh@localhost SEM]$ cat test_sem.c
#include"comm.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
int sem_id = create_sem_set(1);
pid_t id = fork();
init_sem_set(sem_id,0,1);
if(id ==0)
{
int sem_id_child = get_sem_set();
while(1)
{
P(sem_id_child,0);
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(rand()%3);
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(rand()%12345);
V(sem_id_child,0);
}
}
else
{
while(1)
{
P(sem_id,0);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(rand()%3);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(rand()%12234);
V(sem_id,0);
}
wait(NULL);
destory_sem_set(sem_id);
}
return 0;
}
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