1.信号量怎样实现同步互斥？
信号量并不是让进程间能够直接的发送字符串数据，而是通过自身计数器的性质，来完成进程之间的同步互斥（通过使用信号量来完成令牌来授权，在任一时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区域，临界区域是指执行数据更新的代码需要独占式的执行，而信号量则是让一个临界区同一时间只有一个线程在访问他，即就是说信号量是用来协调进程对共享资源的访问的一种手段）
ps：信号量其实就是一个计数器
2.同步互斥
(1）互斥：有些资源不能进行共享的访问，需要互斥的访问来保证数据的完整性，进程间的这种关系为进程的互斥
（2）临界资源：需要进行互斥访问的资源就是临界资源
（3）临界区：某一区域的代码在进行数据更新时，只能被独占式的进行（涉及到临界资源的代码段就是临界区）
3.信号量
（1）信号量的使用场景
信号量可以使用在同步中也可以在异步中使用
互斥：P、V在同一进程
同步：P、V不在同一进程
（2）信号量值含义
S>0—>S表示现在有多少个资源可以使用
S<0—>|S|的值是现在等待进程的个数
S=0—>现在已经没有资源可用了，也没有进程在等待
ps：注意system V版本的信号量不会小于0，当可用资源的个数等于0时，就会阻塞，直到某个资源被释放，才会在进行相关操作
（3）P、V的含义
P—>P表示申请资源，此时可用资源的个数会减少一个
V—>V表示释放资源，此时可用资源的个数会增加一个
ps：注意区分pv量，pv量有时表示信号量，有时是某网站被用户在一天中总访问的次数，此时的PV是page view，简称pv
4.信号量结构体伪代码
struct semaphore
{
int value;
pointer_PCB queue;
}5.P、V原语
（1）申请资源
P（s）
{
s.value=s.value--;//如果s<0那就会阻塞等待，直到有资源释放
if(s.value<0)
{
该进程状态置为等待状态
将该进程的PCB插入相应的等待队列s.queue
}
}
（2）释放资源
V(s)
{
s.value=value++;//只有value<=0，才会有等待队列，否则不会有等待队列，故当 value<=0,唤醒等待队列就好
if(s.value<=0)
{
唤醒相应等待队列s.queue中的一个等待队列
改变其状态为就绪状态
将其插入就绪队列
}
}
6.相关函数
（1）semget()
功能：创建和访问一个信号集
头文件：#include<sys/sem.h>
int semget(key_t key,int nsems,int semflag);
参数说明：
key:信号集的名字
ps：key是ftok()函数的返回值
nsems：信号集中信号量的个数
ps：此参数的值总是1
semflag：由9个权限构成
返回值：
成功：返回一个非负整数，此整数就是信号集的标识码
失败：返回-1
（2）semctl()
功能：用于控制信号集
头文件：#include<sys/sem.h>
int semctl(int semid,int semnum,int cmd,......)
参数说明：
semid：是semget函数的返回值，此参数是信号集的标识码
semnum：信号集中信号量的序号（即将要进行操作的信号量的编号）
ps：第一个信号量的索引为0，此参数没有太大的意义
cmd：对信号集将要采取的操作
返回值：
成功：返回0
失败：返回-1
cmd：对信号集将要采取的操作
以下是cmd常用的操作：
（1）IPC_RMID:删除信号集
（2）SETVAL:设置信号集中的信号量的计数值
（3）GETVAL:获取信号集中的信号量的计数值
对于该函数，只有当cmd取某些特定的值的时候才会用到第4个参数，第4个参数通常是一个union semnum结构
union semnum
{
int val;
struct semid_ds*buf;
struct short*array;
}
对于第4个参数，当cmd等于SETVAL时，会用到union sennum结构中的成员val
（3）semop()
功能：对信号量进行操作
头文件：#include<sys/sem.h>
int semop(int semid,struct sembuf*sops,unsigned nsops);
参数说明：
semid：semid：是semget函数的返回值，此参数是信号集的标识码
sops:是一个指针，指向结构体sembuf
nsops：信号量的个数
sembuf结构体
struct sembuf
{
short sem_num;
short sem_op;
short sem_flg;
};
说明：
sem_num：是信号量在信号集中的索引，0代表第一个信号量，1代表第二个信号量
sem_op:是对信号量在进行P/V操作时进行加减的数值，一般只会用到两个值：
（1）P操作：-1，进行P操作就是-1，等待信号量变得可用
（2）V操作：+1，进行V操作就是+1，发出信号量变得可用
sem_flg：是操作标志，有两个取值：IPC_NOWAIT、IPC_UNDO
7.实例
sem.h
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/wait.h>
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666
union semun
{
int val;
struct semid_ds*buf;
unsigned short*array;
};
int createSemSet(int nums);//创建信号量，此时的nums是创建几个信号量，一般为1
int getSemSet(int nums);//打开一个信号量，此时的nums是打开几号信号量
//这两个参数同名是因为，打开与创建的操作基本相同，为了把相同的操作封装成一个函数，便于操作
int destroySemSet(int semid);//销毁信号集
int initSem(int semid,int nums,int initVal);//初始化信号量
//semid是信号集的标识码，
//nums是信号量的序号，此参数是对那个信号量进行操作，
//initVal是要进行初始化的那个信号量的值
int P(int semid,int who);//semid是信号量的标识码，who表示要对那个信号量进行P操作
int V(int semid,int who);//semid是信号量的标识码，who表示要对那个信号量进行V操作
sem.c
#include"sem.h"
static int commSemSet(int nums,int flag)//static表示此函数只能在此文件中使用
{
//获得key
key_t key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
if(key<0)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
//创建信号集
int semid=semget(key,nums,flag);
if(semid<0)
{
perror("semget");
exit(1);
}
return semid;
}
int createSemSet(int nums)
{
return commSemSet(nums,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}
int getSemSet(int nums)
{
return commSemSet(nums,0);
}
int initSem(int semid,int nums,int initVal)
{
union semun _un;
_un.val=initVal;
if(semctl(semid,nums,SETVAL,_un)<0)
{
perror("semctl");
exit(1);
}
return 0;
}
static int commPV(int semid,int who,int op)//who：是对那个信号量进行操作，op：是进行什么操作
{
struct sembuf s;
s.sem_num=who;
s.sem_op=op;
s.sem_flg=0;
if(semop(semid,&s,1)<0)
{
perror("semop");
exit(1);
}
return 0;
}
int P(int semid,int who)
{
return commPV(semid,who,-1);
}
int V(int semid,int who)
{
return commPV(semid,who,1);
}
int destroySemSet(int semid)
{
if(semctl(semid,0,IPC_RMID)<0)
{
perror("semctl");
exit(1);
}
return 0;
}test.c
#include"sem.h"
int main()
{
//创建信号集
int semid=createSemSet(1);//创建一个信号量，此信号量的索引为0
//初始化信号量
initSem(semid,0,1);//把索引为0的信号量初始化为1
//创建两个进程
pid_t pid=fork();
if(pid<0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
if(pid==0)
{
//打开信号集
int semid=getSemSet(0);//打开索引为0的信号量，索引为0的信号量就是父进程创建的信号量
while(1)
{
//申请资源
P(semid,0);//对信号集semid中的索引为0的信号量进行P操作
printf("A");
fflush(stdout);//因为printf中没有换行符，所以输出缓冲区中的A不会输出，故使用fflush函数刷新输出缓冲区
usleep(100000);
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(100000);
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(100000);
//释放资源
V(semid,0);//释放刚才申请的资源
}
}
if(pid>0)
{
while(1)
{
//申请资源
P(semid,0);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(100000);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(100000);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(100000);
//释放资源
V(semid,0);
}
wait(NULL);
}
destroySemSet(semid);//销毁信号集
return 0;
}
运行结果：
当程序正在执行的时候，使用Ctrl +c终止进程（异常终止）
信号量的生命周期随内核，如果没有手动删除的话，那就会一直存在，当第一次异常终止进程后，内核中就会存在一个消息队列，所以程序第二次在执行时，就会出现文件存在，手动删除信号量后，再次执行就可以正常执行了
当不使用信号量时，两个进程同时打印，此时显示器成为了临界资源，会出现以下的情况：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
pid_t pid=fork();
if(pid<0)
{
perror("frok");
exit(1);
}
while(1)
{
if(pid==0)
{
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(100000);
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(100000);
}
if(pid>0)
{
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(100000);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(100000);
}
}
return 0;
}
运行结果：
解析：A和B会乱序的打印，谁先打印不确定，不会得到我们想要的结果，故不互斥的访问临界资源会导致数据错乱