进程间通信——信号量

信号量主要用于同步和互斥的

    首先了解一下什么叫进程互斥：

    1.由于各进程要求共享资源，而且有一些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使

用这些资源，这种关系就称为进程的互斥。

    2.系统中的某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源。

    3.在进程中涉及到互斥资源的程序段成为临界区。

进程同步：

    进程同步指的是多个进程需要相互配合共同完成一项任务。

信号量P、V原语

    1.信号量

    互斥：P、V在同一个进程中

    同步：P、V在不同进程中

    2. 信号量值含义

    S>0:S表示可用资源数

    S= 0：表示无可用资源，无进程等待   

    S<0 :|S|表示等待队列中进程个数

信号量其实本质上是一个计数器：

struct semaphore  
{  
    int value;//信号量的值，即它维护的临界资源的数目  
    pointer_PCB queue;//等待队列  
}  

P-操作：

[cpp] view plain copy
P(s)//s为信号量维护的临界资源  
{  
    s.value--;  
    if(s.value <= 0)  
    {  
        //使申请临界资源的进程挂起等待，它的PCB放入等待队列s.queue中    
    }  
}  

V-操作：

[cpp] view plain copy
V(s)  
{  
    s.value++;  
    if(s.value > 0)  
    {  
         //唤醒等待队列s.queue中的进程，给它分配临界资源，使其状态变为就绪态  
    }  
}  

信号量集

        维护一种临界资源需要一个信号量，那维护多种临界资源就需要多个

信号量。多种信号量组成一个信号量集。信号量集可以看做是计数器的个

数，信号量值可看作计数器的个数。

以下为系统调用：

int semget(key_t key,int nsems,int semflg)//创建和访问一个信号量级

参数：

        key：由ftok函数返回的key值，与消息队列中的用法相同。

        nsems：信号量集中的信号两个数

        semflg：可选参数为IPC_CREAT和IPC_EXCL，用法与消息队列中的相同。

返回值：成功返回一个非负整数，即该信号量集的标识符，失败返回-1。

        信号量集创建好后，操作系统会为其维护一个数据结构semid_ds，内容与消息队列的结构体msqid_ds类似。 

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

        semid：由semget返回的信号量集的标识符

        semnum：对信号量集中的哪个信号量进行操作，即为信号量所在的下标

        cmd：对信号量做何种操作，取值如下：

             IPC_STAT，IPC_SET，IPC_RMID

            SETVAL：初始化信号量集，即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

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

参数：

        semid：由semget返回的信号量集的标识符

        sops：指向一个结构体struct sembuf的指针

struct sembuf  
{  
    short sem_num;//某个信号量所处的下标  
    short sem_op;//对信号量所采取的操作，-1为P操作，1为V操作  
    short sem_flg;//取0表示没资源时阻塞等待，取IPC_NOWAIT表示没资源不等待  
}  

 以下用代码测试：

comm.h

#pragma once

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/ipc.h>

#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666

union semun
{
    int val;
    struct semid_ds * buf;
    unsigned short  * array;
    struct seminfo *__buf;

};

int createSemSet(int nums);

int initSem(int semid,int nums,int initVal);

int getSemSet(int nums);

int P(int semid,int who);

int V(int semid,int who);

int destroySemSet(int semid);

comm.c

#include<stdio.h>
#include"comm.h"

static int commSemSet(int nums,int flags)
{
    key_t k = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
    if(k<0)
    {
        perror("ftok");
        return -1;
    }
    int semid = semget(k,nums,flags);
    if(semid<0)
    {
        perror("semget");
        return -2;
    }
    return semid;
}

int createSemSet(int nums)
{
    return commSemSet(nums,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0x6666);
}

int getSemSet(int nums)
{
    return commSemSet(nums,IPC_CREAT);
}

int initSem(int semid,int nums,int initValue)
{
    union semun _un;
    _un.val = initValue;
    if(semctl(semid,nums,SETVAL,_un)<0)
    {
        perror("semctl");
        return -1;
    }
    return 0;
}

static int commPV(int semid,int who,int op)
{
    struct sembuf _sf;
    _sf.sem_num = who;
    _sf.sem_op = op;
    _sf.sem_flg = 0;
    if(semop(semid,&_sf,1)<0)
    {
        perror("semop");
        return -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");
        return -1;
    }
}

test.c

#include<stdio.h>
#include"comm.h"
#include<sys/wait.h>
int main()
{
    int semid = createSemSet(1);
    initSem(semid,0,1);
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        int _semid = getSemSet(0);
        while(1)
        {
           // P(_semid,0);
            printf("A");
            fflush(stdout);
            usleep(123456);
            printf("A ");
            fflush(stdout);
            usleep(214234);
           // V(_semid,0);
        }
    }
    else
    {
        while(1)
        {
            //P(semid,0);
            printf("B");
            fflush(stdout);
            usleep(452343);
            printf("B ");
            fflush(stdout);
            usleep(524123);
            //V(semid,0);
        }
        wait(NULL);
    }
    destroySemSet(semid);
    return 0;
}

如果将P、V注释掉的话输出的将是不规律BBA、ABB等，但是如果将P 、V语句加入代码，将是成对的BB、AA，

同时也需要注意，信号量的生命周期也是随内核，因此，如果要查看当前的IPC资源，还是要使用

ipcs -s//查看的前的PIC
ipcrm -s//删除sem IPC资源

具体如何打包为动、静态库。参见

https://blog.youkuaiyun.com/DuckyLoser/article/details/79717595点击打开链接

            SETVAL：初始化信号量集，即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