IPC进程间通信---信号量

信号量

信号量：信号量是一个计数器，常用于处理进程或线程的同步问题，特别是对于临界资源访问的同步。临界资源可以

理解为在某一时刻只能由一个进程或线程操作的资源，这里的资源可以是一段代码、一个变量或某种硬件资源。信号量的

值大于或等于0时表示可供并发进程使用的资源实体数，小于0时表示正在等待使用临界资源的进程数。

Linux内核也为每个信号集维护了一个semid_ds数据结构实例，该结构定义在头文件linux/sem.h中，各个字段含义为：

struct semid_ds
{
   struct ipc_perm sem_perm;       //对信号进行操作的许可权
   __kernel_time_t sem_otime;     //对信号进行操作的最后时间
   __kernel_time_t em_ctime;       //对信号进行修改的最后时间
   struct sem *sembase;               //指向第一个信号
   struct sem_queue sem_pending;            //等待处理的挂起操作
   struct sem_queue **sem_pending_last;  //最后一个正在挂起的操作
   struct sem_undo *undo;           //撤销的请求
   ushort sem_nsems;                  //数组中的信号数
};

信号量使用key_t值作为它的名字。头文件<sys/types.h>把key_t这个数据类型定义为一个整数，它通常是一个至少32位

的整数。这些整数值通常由ftok函数赋予的。函数ftok把一个已存在的路径名和一个整数标识符转换成一个key_t值，称为

IPC键。该函数原形为：

#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname,int proj_id);

创建或打开信号量前需要使用ftok函数得到key值，下面是ftok函数的包裹函数：

key_t Ftok(const char *pathname,int proj_id)
{
  key_t key= ftok(pathname,proj_id);
  if(key== -1)
  {
    perror("ftok.");
    exit(1);
  }
  return key;
}

信号量的创建或打开：

Linux下使用系统函数semget函数创建或打开信号量。该函数定义在头文件<sys/sem.h>中，该函数的原形为：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key,int nsems,int semflg);

该函数执行成功返回一个信号量的标示符,失败返回-1。函数的第一个参数为ftok()函数得到的键值，第二个参数nsems

指明要创建的信号量包含的信号量个数，如果只是打开信号量，把nsems设置为0即可，第三个参数semflg为操作标志，可

以取如下值：

IPC_CREAT：调用semget()时，它会将此值与系统中其它信号量的key值进行比较，如果存在相同的key，说明此信号量

已存在，此时返回该信号量的标识符，否则新建一个信号量并返回其标识符。

IPC_EXCL：该宏必须和IPC_CREAT一起使用，否则没有意义。当semflg取IPC_CREAT|IPC_EXCL时，表示如果发现信号

量已经存在，则返回错误，错误码为EEXIST。

信号量的控制：

使用信号量时，往往需要对信号量进行一些控制操作，比如删除信号量、对内核维护的信号量的数据结构semid_ds进行

设置、获取信号量中信号值等。通过semctl控制函数可以完成这些操作，该函数定义在<sys/sem.h>中，如下所示：

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

函数中，参数semid为信号量的标示符(即通过semget函数的到的值)；参数semnum标示一个特定的信号；参数cmd指明控制

操作的类型；最后的“...”说明函数的参数是可选的，它依赖于第三个参数cmd，它通过共用体变量semun选择要操作的参数。

union semun
{
   int val;                //仅用于SETVAL操作类型，设置某个信号量的值等于val
   struct semid_ds *buf;   //用于IPC_STAT和IPC_SET操作，存取semid_ds结构
   unsigned short *array;  //用于SETALL和GETALL操作
   struct seminfo *__buf;  //为控制IPC_INFO提供的缓存
};

参数cmd通过宏来指示操作类型，通常取以下几个宏：

GETVAL：把semval的当前值作为函数返回值返回。既然信号量决不会时负数(semval被声明为一个unsigned short整数)，

那么成功的返回值总是非负数。

SETVAL：把semval值设置为val。如果操作成功，那么相应信号量在所有进程中的信号量调整值将被设置为0。
IPC_RMID：把由semid指定的信号量集从系统中删除掉。

信号量的操作：

信号量的值与相应资源的使用情况有关，当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量，当它的值小于0时，其绝对值表

示等待使用该资源的进程个数。信号量的值仅能由PV操作来改变。使用semget打开一个信号量集后，对其中一个或多个信号

量的操作就使用semop函数来执行。该函数原型为：

int semop(int semid,struct sembuf *sops,unsigned nsops);

函数的参数semid为信号量的标示符，参数sops指向进行操作的结构体数组首地址，参数nsops指出将要进行操作的信号量

的个数。semop函数调用成功返回0，否则返回-1。

semop的第二个参数sops指向的结构体数组中，每个sembuf结构体对应一个特定的信号操作。该结构体为：

struct sembuf
{
   unsigned short sem_num;    //信号量在信号集中的索引
   short sem_op;                      //操作类型
   short sem_flg;                      //操作标志
};

sem_op的取值和意义：

sem_op>0：信号量加上sem_op的值，表示进程释放控制的资源。
sem_op=0：如果没有设置IPC_NOWAIT，则调用进程进入睡眠状态，直到信号量值为0；否则进程不会睡眠，直接返回

EAGAIN。

sem_op<0：信号量加上sem_op的值。若没有设置IPC_NOWAIT，则调用进程阻塞，直到资源可用；否则进程直接返回

EAGAIN。

下面是对信号量进行操作的一个例子：

// myipc.h
#pragma once

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/msg.h>

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

key_t Ftok(const char *pathname,int proj_id)
{
    key_t key= ftok(pathname,proj_id);
    if(key== -1)
    {
        perror("ftok.");
        exit(1);
    }
    return key;
}

#include "myipc.h"

int main()
{
    key_t sem_key= Ftok("mysem",0xff);
    int sem_id= semget(sem_key,1,IPC_CREAT);
    if(sem_id== -1)
    {
        perror("semget.");
        exit(1);
    }
    else
    {
        printf("sem key = 0x%x,sem id = %d\n",sem_key,sem_id);
    }
    int ret;
    union semun init;
    init.val= 3;
    semctl(sem_id,0,SETVAL,init);
    struct sembuf info;
    info.sem_num= 0;
    info.sem_op= 2;
    info.sem_flg= 0;
    semop(sem_id,&info,1);
    ret= semctl(sem_id,0,GETVAL);
    printf("sem value = %d\n",ret);
    ret= semctl(sem_id,0,IPC_RMID);
    if(ret== -1)
    {
        printf("Remove sem error.\n");
    }
    else
        printf("Remove sem ok.\n");
    return 0;
}

IPC进程间通信---信号量

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