IPC经典问题

IPC

信号量

semget

• #include<sys/sem.h>
  int semget(key_t _key ,int _nsems,int _semflg);
  

• 功能：创建一个新的信号量或获取一个已经存在的信号量的键值。

• 返回值：成功返回信号量的标识码ID。失败返回-1；

• 参数：

  • _key 为整型值，用户可以自己设定。有两种情况：
    • 键值是IPC_PRIVATE，该值通常为0，意思就是创建一个仅能被进程进程给我的信号量。
    • 键值不是IPC_PRIVATE，我们可以指定键值，例如1234；也可以一个ftok()函数来取得一个唯一的键值。
  • nsems 表示初始化信号量的个数。比如我们要创建一个信号量，则该值为1.,创建2个就是2。
  • semflg ：信号量的创建方式或权限。有IPC_CREAT，IPC_EXCL。
    • IPC_CREAT如果信号量不存在，则创建一个信号量，否则获取。
    • IPC_EXCL只有信号量不存在的时候，新的信号量才建立，否则就产生错误。

• semid=semget(MYKEY,1,IPC_CREAT|0666);//创建了一个权限为666的信号量
  

semctrl

• #include<sys/sem.h>
  int semctl(int _semid ,int _semnum,int _cmd ……);
  

• 功能：控制信号量的信息。

• 返回值：成功返回0，失败返回-1；

• 参数：

  • _semid 信号量的标志码(ID)，也就是semget（）函数的返回值;
  • semnum, 操作信号在信号集中的编号。从0开始。
  • _cmd 命令，表示要进行的操作。

• 参数cmd中可以使用的命令如下：

  • IPC_STAT读取一个信号量集的数据结构semid_ds，并将其存储在semun中的buf参数中。
  • IPC_SET设置信号量集的数据结构semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf参数。

• IPC_RMID将信号量集从内存中删除。

  • GETALL用于读取信号量集中的所有信号量的值。
  • GETNCNT返回正在等待资源的进程数目。

• GETPID返回最后一个执行semop操作的进程的PID。

• GETVAL返回信号量集中的一个单个的信号量的值。

• GETZCNT返回这在等待完全空闲的资源的进程数目。

• SETALL设置信号量集中的所有的信号量的值。

• SETVAL设置信号量集中的一个单独的信号量的值。

• Semunion ;第4个参数是可选的；semunion :是union semun的实例。

• * union semun {
    int  val;
    struct  semid_ds *buf;
    unsigned short  *arrary;
  };
  

semop

• sembuf

  • struct sembuf{
    	short sem_num;
    	short sem_op;
    	short sem_flg;
    };
    

  • sem_num是信号量的编号，如果你的工作不需要使用一组信号量，这个值一般就取为0

  • sem_op是信号量一次PV操作时加减的数值，一般只会用到两个值，一个是“－1”，也就是P操作，等待信号量变得可用；另一个是“＋1”，也就是我们的V操作，发出信号量已经变得可用

  • sem_flag通常被设置为SEM_UNDO.她将使操作系统跟踪当前进程对该信号量的修改情况

• semop

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

  • 作用是改变信号量的值

sem_post and sem_wait

• sem_post函数（函数原型 int sem_post(sem_t *sem);）
  • 作用是给信号量的值加上一个“1”。 当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中一个线程不在阻塞，选择机制是有线程的调度策略决定的。
• sem_wait函数（函数原型 int sem_wait(sem_t * sem);）
  • 它的作用是从信号量的值减去一个“1”，但它永远会先等待该信号量为一个非零值才开始做减法。

进程

fork

• 用于创建一个新进程，称为子进程

  pid_t fork( void);
  

• （pid_t 是一个宏定义，其实质是int 被定义在#include<sys/types.h>中）

• 返回值： 若成功调用一次则返回两个值，

  • 子进程返回0
  • 父进程返回子进程ID；
  • 否则，出错返回-1

信号量和互斥锁的区别与联系

• 互斥锁（Mutex）保证了使用资源线程的唯一性和排他性，但是无法限制资源释放后其他线程申请的顺序问题，所以是无序的。
• 信号量（Semaphore）一般就是互斥的（少许情况读取是可以同时申请的），其保证了线程执行的有序性，可以理解为从一到多的进步，像比较有名的理发厅问题，我们就需要设一个Integer而非Boolean，因为理发厅里面的座椅不可能只有一张。
• 互斥锁必须由单个线程获取和释放。
• 信号量是由单个线程释放，另一个线程获取，保证线程同步。
• 信号量是互斥的进步，Semaphore=1时可以看成互斥锁。

生产者消费者问题

• 

理发师问题

• 理发师问题的描述：
  • 一个理发店接待室有n张椅子，工作室有1张椅子；
  • 没有顾客时，理发师睡觉；第一个顾客来到时，必须将理发师唤醒；
  • 顾客来时如果还有空座的话，他就坐在一个座位上等待；
  • 如果顾客来时没有空座位了，他就离开，不理发了；
  • 当理发师处理完所有顾客，而又没有新顾客来时，他又开始睡觉。
• 
• 

读者-写者问题

• 教材中对读者写者问题算法均有描述，但这个算法在不断地有读者流的情况下，写者会被阻塞。编写一个写者优先解决读者写者问题的程序，其中读者和写者均是多个进程，用信号量作为同步互斥机制。

• 读者优先

  • 
  • 

• 写者优先

  • 

  • //写者优先 
    int wcount = 0;  //用于记录写者数量 
    int rcount = 0;   //用于记录读者数量
    semaphore rmutex = 1;   //用于读者进程互斥修改rcount
    semaphore wmutex = 1;   //用于写者进程互斥修改wcount
    semaphore file = 1;    //用于读者写者互斥访问file 
    semphore  read = 1;     //用于阻塞读者进程，实现写者优先 
    
    writer()
    {
        P(wmutex);
        if(wcount == 0)
            P(read);
        wcount++;
        V(wmutex);    
        P(file);     //写者互斥访问文件 
        do_writing();
        V(file);
        P(wmutex)
        wcount--;
        if(wcount == 0)
            V(read);
        V(wmutex);
    } 
    
    reader()
    {
        P(read);     //检查写者队列是否为空。 
        P(rmutex);
        if(rcount == 0)
            P(file);   //申请文件资源 
        rcount++;
        V(rmutex);
        V(read); 
        do_reading();
        P(rmutex);
        rcount--;
        if(rcount == 0)
            V(file);
        V(rmutex);    
    }