信号量原理与应用-优快云博客

信号量概念理解

信号量本质上是一个计数器，用来统计临界资源申请资源的个数。其中的二元信号量的值是0或者是1，即是要么是有，要么是无。信号量本身也是临界资源，所以一定要保证其原子性。
信号量的工作原理：两个进程共享一个信号量sv，一个进程访问的sv的时候，进行的是P操作即是减1操作，开始的时候信号量是1，它得到信号量进入临界资源。当他出来的时候进行v操作，使信号量加1。其他的进程访问的时候看见信号量是0，就不在访问了。
现实形象比喻：比如我们的信号量是一个教室的，教室里面有很多座位，这就是临界资源。咱们设计是50，一开始同学想进教室的时候得去申请，比如现在门口站了一个人，它就是控制信号量的，第一个人进去的时候，使用P操作，将50减1，出来的时候加1，如果信号量是>0的就可以进去，否则就不可以进去
信号量不以传送数据为目的，它是以协调使用临界资源进行进程间通信为目的的，当我们申请信号量的时候，就可以得到信号量保护的临界资源。

信号量相关函数的使用

得到信号量（生成信号量）

int semget(key_t key,int nsem,int semflg)

参数解析
- key：这是一个key值，可以理解为一个端口，这个用函数ftok生成，一会介绍
- nsem：信号量的个数
- semflg：创建信号量的方式，它由两个固定标识位参数可以选择。如果是IPC_CREAT，表示如果有一个信号量则返回，如果没有则创建。IPC_EXCL，如果单独使用它没有任何的意义，但是如果和IPC_CREAT一起使用，就是IPC_CREAT|IPC_EXCL表示如果有信号量则出错返回，如果没有则创建，这样就可以保证我们每次使用的时候创建的是一个全新的信号量

返回值
如果失败返回-1，如果成功返回信号量标识符（信号量ID）

删除信号量

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

参数：
- semid：这个是删除的信号量的标识符(ID)
- semnum：这个是删除的信号量的个数，这里暂时设置0
- cmd：执行命令的方式，这里我们主要是为了删除一个信号量，可以直接使用IPC_RMID

初始化信号量

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

semid：这个是初始化信号量的标识符（ID）
semnum：这个是初始化信号量中的第几个信号量，数组下标的形式
cmd：执行命令的方式，这里我们是初始化信号量，传入的是特定的参数SETVAL，传入这个信号量的时候，需要传入第四个参数，这个参数应该是一个联合体，联合体的结构如下

union semnu{
  int val; // 使用的值
  struct semid_ds *buf; // IPC_STAT、IPC_SET 使用缓存区
  unsigned short *array; // GETALL,、SETALL 使用的数组
  struct seminfo *__buf; // IPC_INFO(Linux特有) 使用缓存区
};

我们在使用semctl进行信号量初始化的时候，首先得先用上面的联合体定义一个对象，然后这个联合体是需要我们自己定义的，然后把实例化的这个对象的val设置为1（这里我们使用的是二元信号量）

函数使用示例：
union semnu _semnu;
semctl(semid,semnum,SETVAL,_semnu);

返回值：失败返回-1

信号量Pv操作

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

参数
- semid：信号量标识符
- sops：这个也是需要我们提前实例化一个对象，这里我们可以传递的是一个结构体数组，也可以是一个结构体的地址
- nspos：是结构体的个数，因为上一个参数是一个数组

这里第二个参数也是一个结构体，这个结构体是系统自定义的结构体，不需要我们定义，我们可以直接调用它，这里结构体的内容如下

struct sembuf{
    unsigned short sem_num;
    short sem_op;
    short sem_flag;
};

num：标记信号量集中的第几个
sem_op：标记是那种操作，比如二元信号量p设置为-1，如果是v操作设置为1
sem_flag：我们此时默认设置为0

讨论信号量的几种情况

当我们的某一个进程已经进行 p操作，拿到信号量维护的共享资源之后，这个时候可以有一种可能该进程被其他进程替换掉了，但是这个时候信号量依然被该进程拿着，等它下一次切换进来的时候还可以继续原来的操作
另外的一种情况是，某一进程拿到信号量之后，因为某些原因被杀死，这个时候信号量还在改进程里面，其他的进程就无法获得该信号量，这个情况就是问题所在。这个时候我们可以设置信号量的的结构体，就是上面的结构体sem_flag，可以把它设置为SEM_UNDO，这个时候进程退出的时候，它所拿到的信号量就会释放掉，比如二元信号量原来是0，如果使用这个选项后，当进程退出后就会变成是1。

补充两个linux的指令：
- ipcs -s :查看当前信号量
- ipcrm -s 信号量标识符：删除某一个信号量
- ipcs -q：查看当前消息队列数
- ipcrm -q 消息队列标识符：删除某一个消息队列