Linux学习笔记26——信号量
一 信号量的基本概念
信号量：它是一个特殊变量，只允许对它进行等待和发送信号这两种操作。
假设有一个信号量变量sv
P(sv)：用于等待,如果sv的值大于零，就给它减去1，如果它的值等于零，就挂起该进程的执行。
V(sv)：用于发送信号，如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待sv而被挂起，就给它加1
二 信号量的相关函数
#include <sys/sem.h>
//semctl函数的作用是用来直接控制信号量信息 int semctl(int sem_id, //由semget返回的信号量标识符
int sem_num, //是信号量编号，当需要用到成组的信号量时，就要用到这个参数，它一般取值为0，表示这是第一个也是唯一的信号量
int command, //是将要采取的动作
... //它将会是一个union semun结构
);
//semget函数的作用是创建一个新信号量或取得一个已有信号量的键。 int semget(key_t key, //key是整数值，不相关的进程可以通过它访问同一个信号量
int num_sems, //指定需要的信号量数目，几乎总是取值为1
int sem_flags //是一组标志，与open函数的标志非常相似
); //在成功时返回一个正数（非零）值，它就是其他信号量函数将用到的信号量标识符，如果失败，则返回-1
//semop函数用于改变信号量的值int semop(int sem_id, //由semget返回的信号量标识符
struct sembuf *sem_ops, //指向一个sembuf结构数组的指针
size_t num_sem_ops //信号操作结构的数量，恒大于或等于1
);
semun包含于semun.h头文件中
union semun{
int val; //SETVAL所设置的信号量集中的一个信号量的值
struct semid_ds *buf; //IPC_STAT,IPC_SET存储的数据
unsigned short *array; //GETALL, SETALL返回值的数组
}
semop函数中的sembuf结构体
struct sembuf{
short sem_num; //信号量编号，除非需要使用一组信号量，否则它的取值一般为0
short sem_op; //是信号量在一次操作中需要改变的数值，通常只会用到两个值，一个是-1，也就是P操作，它等待信号量变为己用；一个是+1，也就是V操作，它发送信号表示信号量现在已可用
short sem_flg; //通常设置为SEM_UNDO,它将使得操作系统跟踪当前进程对这个信号量的修改情况
}
semctl中第三个参数command取值如下：
·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。
三 例子
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/sem.h>
#include "semun.h"
static int set_semvalue(void);
static void del_semvalue(void);
static int semaphore_p(void);
static int semaphore_v(void);
static int sem_id;
int main(int argc,char *argv[]){
int i;
int pause_time;
char op_char='0';
srand((unsigned int)getpid());
sem_id=semget((key_t)1234,1,0666|IPC_CREAT);
if(argc>1){
if(!set_semvalue()){
fprintf(stderr,"Failed to initialize semaphore\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
op_char='X';
sleep(2);
}
//进入和离开临界区域10次，在每次循环的开始，首先调用semaphore函数，它在程序进入临界区域时设置信号量以等待进入
for(i=0;i<10;i++){
if(!semaphore_p()){
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("%c",op_char);
fflush(stdout);
pause_time=rand()%3;
sleep(pause_time);
printf("%c",op_char);
fflush(stdout);
//临界区域之后，调用semaphore_v来将信号量设置为可用，然后等待一段随机时间，再进入下一次循环。在整个循环语句执行完毕后，调用del_semvalue函数来清理代码
if(!semaphore_v()){
exit(EXIT_FAILURE);
}
pause_time=rand()%2;
sleep(pause_time);
}
printf("\n%d - finished\n",getpid());
if(argc>1){
sleep(5);
del_semvalue();
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
//函数set_semvalue通过将semct1调用的command参数设置为SETVAL来初始化信号量
static int set_semvalue(void){
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(void){
union semun sem_union;
if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union)==-1){
fprintf(stderr,"Failed to delete semaphore");
}
}
//semaphore_p对信号量做减1操作（等待）
static int semaphore_p(void){
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num=0;
sem_b.sem_op=-1;
sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;
if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){
fprintf(stderr,"semaphore_p failed\n");
return 0;
}
return 1;
}
//semaphore_v将sembuf结构中的sem_op设置为1，释放操作
static int semaphore_v(void){
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num=0;
sem_b.sem_op=1;
sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;
if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){
fprintf(stderr,"semaphore_v failed\n");
return 0;
}
return 1;
}
