信号量学习 & 共享内存同步
刚刚这篇文章学习了共享内存：http://www.cnblogs.com/charlesblc/p/6142139.html
里面也提到了共享内存，自己不进行同步，需要其他手段比如信号量来进行。那么现在就学习信号量咯。
信号灯(semaphore)，也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。信号灯包括posix有名信号灯、 posix基于内存的信号灯(无名信号灯)和System V信号灯(IPC对象)
方法一、利用POSIX有名信号灯实现共享内存的同步
有名信号量既可用于线程间的同步，又可用于进程间的同步。
两个进程，对同一个共享内存读写，可利用有名信号量来进行同步。一个进程写，另一个进程读，利用两个有名信号量semr, semw。semr信号量控制能否读，初始化为0。 semw信号量控制能否写，初始为1。
读共享内存的程序示例代码如下
semr = sem_open("mysem_r", O_CREAT | O_RDWR , 0666, 0); if (semr == SEM_FAILED) { printf("errno=%d\n", errno); return -1; } semw = sem_open("mysem_w", O_CREAT | O_RDWR, 0666, 1); if (semw == SEM_FAILED) { printf("errno=%d\n", errno); return -1; } if ((shmid = shmget(key, MAXSIZE, 0666 | IPC_CREAT)) == -1) { perror("semget"); exit(-1); } if ((shmadd = (char *)shmat(shmid, NULL, 0)) == (char *)(-1)) { perror("shmat"); exit(-1); } while (1) { sem_wait(semr); printf("%s\n", shmadd); sem_post(semw); }
写共享内存的程序示例代码如下
。。。。。。 //同读的程序 while (1) { sem_wait(semw); printf(">"); fgets(shmadd, MAXSIZE, stdin); sem_post(semr); }
方法二、利用POSIX无名信号灯实现共享内存的同步
POSIX无名信号量是基于内存的信号量，可以用于线程间同步也可以用于进程间同步。若实现进程间同步，需要在共享内存中来创建无名信号量。
因此，共享内存需要定义以下的结构体。
typedef struct
{
sem_t semr;
sem_t semw;
char buf[MAXSIZE];
}SHM;
无名信号量的数据类型是：sem_t;
(1)初始化函数：
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned value);
该函数将sem引用的无名信号量初始化为value，该参数表示拥有资源的个数，不能为负数。pshared指定为0，表示信号量只能由初始化这个信号量的进程使用，不能在进程间使用。一个无名信号量在被使用前必须先初始化。
该函数如果不成功将返回-1并设置errno。
(2)销毁函数：
int sem_destroy(sem_t *sem);
该函数用来销毁一个已经被初始化过的无名信号量。
如果不成功返回-1并设置errno。
(3)信号量操作函数：
intsem_wait(sem_t *sem);
该函数用来获取资源，如果信号量为0，表示这时没有相应资源空闲，那么调用线程就将挂起，直到有空闲资源可以获取。如果信号量不为0，那么表示这时有相应资源可用，那么将信号量减1，并返回，表示获取一个资源。
如果成功返回0，如果不成功，函数返回-1，并设置errno。值得注意的是，该函数是信号可中断的，当正在等待资源的线程收到信号(可捕捉信号)时，该函数返回-1并把errno设置为EINTR。所以，必须在被信号中断后重新启动该函数，简单代码如下：
while((-1==sem_wait(&sem))&&(EINTR==errno));
sem_trywait(sem_t *sem);
该函数试图获取资源，当信号量为0时，它不阻塞，直接返回-1并将errno置为EAGAIN。
sem_post(sem_t *sem);
该函数实现了信号量的signal操作，如果没有线程阻塞在该sem上，表示没有线程等待该资源，这时该函数就对信号量的值进行增1操作，表示同类资源多增加了一个。如果至少有一个线程阻塞在该sem上，表示有线程等待资源，信号量为0，这时该函数保持信号量为0不变，并使某个阻塞在该sem上的线程从sem_wait函数中返回，表示有一个可用资源到达，并被某个线程占有，所以信号量还是为0。
读、写程序流程如下图所示。
方法三、利用System V的信号灯实现共享内存的同步
System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯指的是单个计数信号灯
System V 信号灯由内核维护，主要函数semget，semop，semctl 。
一个进程写，另一个进程读，信号灯集中有两个信号灯，下标0代表能否读，初始化为0。 下标1代表能否写，初始为1。
程序流程如下：
写的流程和前边的类似。
方法四、利用信号实现共享内存的同步
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式。利用信号也可以实现共享内存的同步。
思路：
reader和writer通过信号通信必须获取对方的进程号，可利用共享内存保存双方的进程号。
reader和writer运行的顺序不确定，可约定先运行的进程创建共享内存并初始化。
利用pause, kill, signal等函数可以实现该程序（流程和前边类似）。
还有这篇：
http://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10243617
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);
sem_id是由semget返回的信号量标识符，sembuf结构的定义如下：
struct sembuf{ short sem_num;//除非使用一组信号量，否则它为0 short sem_op;//信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P（等待）操作， //一个是+1，即V（发送信号）操作。 short sem_flg;//通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号量， //并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量 };
3、semctl函数
该函数用来直接控制信号量信息，它的原型为：
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);
如果有第四个参数，它通常是一个union semum结构，定义如下：
union semun{ int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *arry; };
代码如下：
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <sys/sem.h> union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *arry; }; static int sem_id = 0; static int set_semvalue(); static void del_semvalue(); static int semaphore_p(); static int semaphore_v(); int main(int argc, char *argv[]) { char message = 'X'; int i = 0; //创建信号量 sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT); if(argc > 1) { //程序第一次被调用，初始化信号量 if(!set_semvalue()) { fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n"); exit(EXIT_FAILURE); } //设置要输出到屏幕中的信息，即其参数的第一个字符 message = argv[1][0]; sleep(2); } for(i = 0; i < 10; ++i) { //进入临界区 if(!semaphore_p()) exit(EXIT_FAILURE); //向屏幕中输出数据 printf("%c", message); //清理缓冲区，然后休眠随机时间 fflush(stdout); sleep(rand() % 3); //离开临界区前再一次向屏幕输出数据 printf("%c", message); fflush(stdout); //离开临界区，休眠随机时间后继续循环 if(!semaphore_v()) exit(EXIT_FAILURE); sleep(rand() % 2); } sleep(10); printf("\n%d - finished\n", getpid()); if(argc > 1) { //如果程序是第一次被调用，则在退出前删除信号量 sleep(3); del_semvalue(); } exit(EXIT_SUCCESS); } static int set_semvalue() { //用于初始化信号量，在使用信号量前必须这样做 union semun sem_union; sem_union.val = 1; if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return 0; return 1; } static void del_semvalue() { //删除信号量 union semun sem_union; if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1) fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore\n"); } static int semaphore_p() { //对信号量做减1操作，即等待P（sv） struct sembuf sem_b; sem_b.sem_num = 0; sem_b.sem_op = -1;//P() sem_b.sem_flg = SEM_UNDO; if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) { fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n"); return 0; } return 1; } static int semaphore_v() { //这是一个释放操作，它使信号量变为可用，即发送信号V（sv） struct sembuf sem_b; sem_b.sem_num = 0; sem_b.sem_op = 1;//V() sem_b.sem_flg = SEM_UNDO; if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) { fprintf(stderr, "semaphore_v failed\n"); return 0; } return 1; }
上面程序，起两个进程，X和O总是成对出现的，也就是说sleep的时候没有被打断。
