信号量

信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量；一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。其它想进入该关键代码段的线程必须等待直到第一个线程释放信号量。为了完成这个过程，需要创建一个信号量VI，然后将Acquire Semaphore VI以及Release Semaphore VI分别放置在每个关键代码段的首末端。确认这些信号量VI引用的是初始创建的信号量。

 

 

 

Semget

功能描述

　　函数原型：int semget(key_t key,int nsems,int semflg);

　　功能描述

　　获取与某个键关联的信号量集标识。信号量集被建立的情况有两种：

　　1.如果键的值是IPC_PRIVATE。

　　2.或者键的值不是IPC_PRIVATE，并且键所对应的信号量集不存在，同时标志中指定IPC_CREAT。

　　当调用semget创建一个信号量时，他的相应的semid_ds结构被初始化。ipc_perm中各个量被设置为相应

　　值：

　　sem_nsems被设置为nsems所示的值；

　　sem_otime被设置为0；

　　sem_ctime被设置为当前时间

用法

　　#include <sys/types.h>

　　#include <sys/ipc.h>

　　#include <sys/sem.h>

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

　　key：所创建或打开信号量集的键值。

　　nsems：创建的信号量集中的信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效。

　　flag：调用函数的操作类型，也可用于设置信号量集的访问权限，两者通过or表示

　　返回值说明：

　　如果成功，则返回信号量集的IPC标识符。

　　如果失败，则返回-1，errno被设定成以下的某个值

　　EACCES：没有访问该信号量集的权限

　　EEXIST：信号量集已经存在，无法创建

　　EINVAL：参数nsems的值小于0或者大于该信号量集的限制；或者是该key关联的信号量集已存在，并且nsems

　　大于该信号量集的信号量数

　　ENOENT：信号量集不存在，同时没有使用IPC_CREAT

　　ENOMEM ：没有足够的内存创建新的信号量集

　　 ENOSPC：超出系统限制

 

semctl

semctl()系统调用：semctl();

　　原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semunarg);

　　返回值：如果成功，则为一个正数。

　　如果失败，则为-1：errno=EACCESS(权限不够)

　　EFAULT(arg指向的地址无效)

　　EIDRM(信号量集已经删除)

　　EINVAL(信号量集不存在，或者semid无效)

　　EPERM(EUID没有cmd的权利)

　　ERANGE(信号量值超出范围)

　　系统调用semctl用来执行在信号量集上的控制操作。这和在消息队列中的系统调用msgctl是十分相似的。但这两个系统调用的参数略有不同。因为信号量一般是作为一个信号量集使用的，而不是一个单独的信号量。所以在信号量集的操作中，不但要知道IPC关键字值，也要知道信号量集中的具体的信号量。这两个系统调用都使用了参数cmd，它用来指出要操作的具体命令。两个系统调用中的最后一个参数也不一样。在系统调用msgctl中，最后一个参数是指向内核中使用的数据结构的指针。我们使用此数据结构来取得有关消息队列的一些信息，以及设置或者改变队列的存取权限和使用者。但在信号量中支持额外的可选的命令，这样就要求有一个更为复杂的数据结构。

　　系统调用semctl()的第一个参数是关键字值。第二个参数是信号量数目。

　　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。

　　参数arg代表一个semun的实例。semun是在linux/sem.h中定义的：

　　/*arg for semctl systemcalls.*/

　　unionsemun{

　　intval;/*value for SETVAL*/

　　structsemid_ds*buf;/*buffer for IPC_STAT&IPC_SET*/

　　ushort*array;/*array for GETALL&SETALL*/

　　structseminfo*__buf;/*buffer for IPC_INFO*/

　　void*__pad;

　　val当执行SETVAL命令时使用。buf在IPC_STAT/IPC_SET命令中使用。代表了内核中使用的信号量的数据结构。array在使用GETALL/SETALL命令时使用的指针。

　　下面的程序返回信号量的值。当使用GETVAL命令时，调用中的最后一个参数被忽略：

　　intget_sem_val(intsid,intsemnum)

　　{

　　return(semctl(sid,semnum,GETVAL,0));

　　}

　　下面是一个实际应用的例子：

　　#defineMAX_PRINTERS5

　　printer_usage()

　　{

　　int x;

　　for(x=0;x<MAX_PRINTERS;x++)

　　printf("Printer%d:%d/n/r",x,get_sem_val(sid,x));

　　}

　　下面的程序可以用来初始化一个新的信号量值：

　　void init_semaphore(int sid,int semnum,int initval)

　　{

　　union semunsemopts;

　　semopts.val=initval;

　　semctl(sid,semnum,SETVAL,semopts);

　　}

　　注意系统调用semctl中的最后一个参数是一个联合类型的副本，而不是一个指向联合类型的指针。

 

semop

semop系统调用

功能描述：

　　操作一个或一组信号。

用法：

　　#include <sys/types.h>

　　#include <sys/ipc.h>

　　#include <sys/sem.h>

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

　　int  semtimedop(int  semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops, struct timespec *timeout);

参数：

　　semid：信号集的识别码，可通过semget获取。

　　sops：指向存储信号操作结构的数组指针，信号操作结构的原型如下

　　struct sembuf

　　{

　　unsigned short sem_num;  /* semaphore number */

　　short          sem_op;   /* semaphore operation */

　　short          sem_flg;  /* operation flags */

　　};

　　这三个字段的意义分别为：

　　sem_num：操作信号在信号集中的编号，第一个信号的编号是0。

　　sem_op：如果其值为正数，该值会加到现有的信号内含值中。通常用于释放所控资源的使用权；如果sem_op的值为负数，而其绝对值又大于信号的现值，操作将会阻塞，直到信号值大于或等于sem_op的绝对值。通常用于获取资源的使用权；如果sem_op的值为0，则操作将暂时阻塞，直到信号的值变为0。

　　sem_flg：信号操作标志，可能的选择有两种

　　IPC_NOWAIT //对信号的操作不能满足时，semop()不会阻塞，并立即返回，同时设定错误信息。

　　IPC_UNDO //程序结束时(不论正常或不正常)，保证信号值会被重设为semop()调用前的值。这样做的目的在于避免程序在异常情况下结束时未将锁定的资源解锁，造成该资源永远锁定。

　　nsops：信号操作结构的数量，恒大于或等于1。

　　timeout：当semtimedop()调用致使进程进入睡眠时，睡眠时间不能超过本参数指定的值。如果睡眠超时，semtimedop()将失败返回，并设定错误值为EAGAIN。如果本参数的值为NULL，semtimedop()将永远睡眠等待。

返回说明：

　　成功执行时，两个系统调用都返回0。失败返回-1，errno被设为以下的某个值

　　E2BIG：一次对信号的操作数超出系统的限制

　　EACCES：调用进程没有权能执行请求的操作，并且不具有CAP_IPC_OWNER权能

　　EAGAIN：信号操作暂时不能满足，需要重试

　　EFAULT：sops或timeout指针指向的空间不可访问

　　EFBIG：sem_num指定的值无效

　　EIDRM：信号集已被移除

　　EINTR：系统调用阻塞时，被信号中断

　　EINVAL：参数无效

　　ENOMEM：内存不足

　　ERANGE：信号所允许的值越界