System V信号量

最新推荐文章于 2024-07-04 17:48:29 发布

Alatebloomer

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分类专栏： linux环境编程

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信号量集数据结构

 struct semid_ds {
     struct ipc_perm sem_perm;  //IPC对象数据结构
     time_t      sem_otime; //最后一次执行semop（PV操作）的时间
     time_t      sem_ctime; //信号量集状态最后一次改变的时间
     unsigned short  sem_nsems; //信号量集中信号量的个数
 };

信号量API

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

semget函数

功能：用来创建和访问一个信号量集

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

参数

key: 信号量集的名字

nsems:信号量集中信号量的个数

semflg: 由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的

返回值：

成功返回一个非负整数，即该信号量集的标识码；失败返回-1

semctl函数

功能：用于控制信号量集

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

参数

semid:由semget返回的信号量集标识码

semnum:信号量集中信号量的序号（表示对哪个信号量进行操作），从0开始编号

cmd:将要采取的动作，也就是操作的命令（有三个可取值）

返回值：

成功返回0；失败返回-1

最后一个参数是 union semun，具体成员根据cmd 的不同而不同，cmd 取值如下：

SETVAL	设置信号量集中的信号量的计数值
GETVAL	获取信号量集中的信号量的计数值
IPC_STAT	把semid_ds结构中的数据设置为信号量集的当前关联值
IPC_SET	在进程有足够权限的前提下，把信号量集的当前关联值设置为semid_ds数据结构中给出的值
IPC_RMID	删除信号量集

注:下面这个联合并没有出现在任何系统头文件中，需要应用程序声明

union semun
{
    int              val;    /* Value for SETVAL */
    struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
    unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
    struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO (Linux-specific)*/
};

semop函数

功能：实现P、V操作

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

参数

semid:是该信号量集的标识码，也就是semget函数的返回值
sops:是个指向一个结构体的指针（操作的内容在结构体sembuf中）

nsops:信号量的个数

返回值：

成功返回0；失败返回-1

说明：

sembuf结构体

struct sembuf
{ 
    short          sem_num;  /* semaphore number */
    short          sem_op;   /* semaphore operation */
    short          sem_flg;  /* operation flags */
};

sem_num：是信号量的编号。

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。当然+-n 和0 都是允许的。需要注意的是只有+n 才确保将马上返回，而-n 和 0 很可能是会阻塞的，+-n 需要进程对信号量集有写的权限，而0 只需要读的权限。

sem_flag：的两个取值是IPC_NOWAIT或SEM_UNDO，设为前者如果当某个信号量的资源为0时进行P操作，此时不会阻塞等待，而是直接返回资源不可用的错误；设为后者，当退出进程时对信号量资源的P操作或V操作撤销；不关心时设置为0（表示操作将会阻塞直到信号量的计数不为0才返回）即可。

当要对一个信号量集中的多个信号量进行操作时，sops 是结构体数组的指针，此时nsops 不为1。此时对多个信号量的操作是作为一个单元原子操作，要么全部执行，要么全部不执行。

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
 
#define ERR_EXIT(m) \
	do \
{ \
	perror(m); \
	exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)
 
union semun {
	int              val;    /* Value for SETVAL */
	struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
	unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
	struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
				    (Linux-specific) */
};
 
 
//封装一个方法，创建信号量级
int sem_create(key_t key)
{
	int semid;
	semid=semget(key,1,IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
	if(semid==-1)
		ERR_EXIT("semget");
	return semid;
}
 
//封装一个方法，只用于打开一个已经创建的信号量级
int sem_open(key_t key)
{
	int semid;
	//可以都写为0打开已创建的信号量级
	semid=semget(key,0,0);
	if(semid==-1)
		ERR_EXIT("semget");
	return semid;
}
 
//对一个信号量进行设置
int sem_setval(int semid,int val)
{
	union semun su;
	su.val=val;
	int ret;
	//对第0个信号量进行操作
	//su是设置的参数
	ret=semctl(semid,0,SETVAL,su);
	if(ret==-1)
		ERR_EXIT("sem_setval");
 
	printf("value updated...\n");
 
	return 0;
}
 
//获取信号量级中信号量的计数值
int sem_getval(int semid)
{
	int ret;
	ret=semctl(semid,0,GETVAL,0);
	if(ret==-1)
		ERR_EXIT("sem getval");
 
	printf("current val is %d\n",ret);
	return ret;
}
 
//封装删除信号量级的函数
int sem_d(int semid)
{
	int ret;
	ret=semctl(semid,0,IPC_RMID,0);
	if(ret==-1)
		ERR_EXIT("semctl");
	return 0; 
}
 
//P操作
int sem_p(int semid)
{
	//0表示对信号量级中的第一个信号量进行操作
	//-1表示对信号量的操作是P操作
	struct sembuf sb={0,-1,0};
	int ret;
	ret=semop(semid,&sb,1);
	if(ret==-1)
		ERR_EXIT("semop");
 
	return ret;
}
 
//V操作
int sem_v(int semid)
{
        //0表示对信号量级中的第一个信号量进行操作
        //1表示对信号量的操作是V操作
        struct sembuf sb={0,1,0};
        int ret;
        ret=semop(semid,&sb,1);
        if(ret==-1)
                ERR_EXIT("semop");
 
        return ret;
}
 
//获取权限
int sem_getmode(int semid)
{
	union semun su;
	struct semid_ds sem;
	su.buf=&sem;
	//将权限获取到一个联合体中
	int ret=semctl(semid,0,IPC_STAT,su);
	if(ret==-1)
		ERR_EXIT("semctl");
 
	printf("current permissions is %o\n",su.buf->sem_perm.mode);
	return ret;
}
 
//设置权限
int sem_setmode(int semid,char *mode)
{
        union semun su;
        struct semid_ds sem;
        su.buf=&sem;
 
        int ret=semctl(semid,0,IPC_STAT,su);
        if(ret==-1)
                ERR_EXIT("semctl");
 
        printf("current permissions is %o\n",su.buf->sem_perm.mode);
	sscanf(mode,"%o",(unsigned int*)&su.buf->sem_perm.mode);
	ret=semctl(semid,0,IPC_SET,su);
	if(ret==-1)
		ERR_EXIT("semctl");
 
	printf("permissions updated...\n");
        return ret;
 
}
 
void usage(void)
{
	fprintf(stderr,"usage:\n");
	//创建一个信号量级
	fprintf(stderr,"semtool -c\n");
	//删除一个信号量级
	fprintf(stderr,"semtool -d\n");
	//执行一个P操作
	fprintf(stderr,"semtool -p\n");
	//执行一个V操作
	fprintf(stderr,"semtool -v\n");
	//对信号量级中的信号量设置一个初始的计数值
	fprintf(stderr,"semtool -s <val>\n");
	//获取信号量级中信号量的计数值
	fprintf(stderr,"semtool -g\n");
	//查看信号量级的权限
	fprintf(stderr,"semtool -f\n");
	//更改权限
	fprintf(stderr,"semtool -m <mode>\n");
 
}
 
int main(int argc,char *argv[])
{
	int opt;
 
	//用于解析参数
	opt=getopt(argc,argv,"cdpvs:gfm:");
	if(opt=='?')
		exit(EXIT_FAILURE);
	if(opt==-1)
	{
		usage();
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	
	//利用函数ftok生成关键字
	//ftok第一个参数是一个存在的路径，这里用了当前路径
	key_t key=ftok(".",'s');
	int semid;
	switch(opt)
	{
		//创建的功能
		case 'c':
			sem_create(key);
			break;
		
		//打开一个信号量级，然后进行P操作，然后获取当前信号量的计数值
		case 'p':
			semid=sem_open(key);
			sem_p(semid);
			sem_getval(semid);
			break;
		//打开一个信号量级，然后进行V操作，然后获取当前信号量的计数值
		case 'v':
			semid=sem_open(key);
			sem_v(semid);
			sem_getval(semid);
			break;
		//打开信号量级，然后进行删除
		case 'd':
			semid=sem_open(key);
			sem_d(semid);
			break;
		//打开信号量级，然后设置，s后面还有一个参数，可通过optarg来获取
		case 's':
			semid=sem_open(key);
			sem_setval(semid,atoi(optarg));
			break;
		//获取当前信号量的计数值
		case 'g':
			semid=sem_open(key);
			sem_getval(semid);
			break;
		//获取权限
		case 'f':
			semid=sem_open(key);
			sem_getmode(semid);
			break;
		//设置权限
		case 'm':
			semid=sem_open(key);
                        sem_setmode(semid,argv[2]);
                        break;
	
	}
	return 0;
}