Linux进程通信--信号量

最新推荐文章于 2019-08-11 08:51:58 发布

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#linux #struct #buffer #path #include #cmd

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本文深入解析Linux中的信号量机制，包括其基本概念、结构定义、关键API如semget、semctl及semop的使用方法，并提供简单示例帮助理解进程间如何通过信号量实现资源共享。

Semaphores 信号量

主要用于进程对共享资源的互斥访问。为了取得对一个共享资源，进程测试信号量的值，如果为正，表示还有资源可以访问，该进程对信号量加减一。如果为0表示没有资源可以用，该进程应当休眠等待信号量的值再次为正。

Linux中的信号量使用起来是比较麻烦的。在这里，信号量是以集合形式存在的，创建时要给出信号量的数目，并且信号量集合即使没有任何进程访问时，也是存在于系统中的。要注意对其的销毁工作。

每个信号量由以下结构体定义：

struct {

unsigned short semval; //信号量的值，总是>=0

pid_t sempid; //最后一次操作信号量的进程id

unsigned short semncnt; // semval > curval时进程等待

unsigned short semzcnt; //semval == 0时，进程等待

};

每个信号量集合由semid_ds定义：

struct semid_ds {



     struct ipc_perm  sem_perm;  



     unsigned short   sem_nsems; /* # of semaphores in set */



     time_t           sem_otime; /* last-semop() time */



     time_t           sem_ctime; /* last-change time */



   };



 struct ipc_perm {



     uid_t  uid;  /* owner's effective user id */



     gid_t  gid;  /* owner's effective group id */



     uid_t  cuid; /* creator's effective user id */



     gid_t  cgid; /* creator's effective group id */



     mode_t mode; /* access modes */



   };

获取信号量集合的标识符：

#inlcude <sys/sem.h>

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

该函数返回给定键的信号量对应的标识符。键与标识符实际上都指向了该信号量集合，但是标识符只是在该进程内部可见，而键是所有进程都可以使用获取的。如果其他进程也是通过该标识符对信号量集合进行访问，key可以指定为IPC_PRIVATE或者IPC_NEW,比如父子进程的情况。多数情况下，其他进程不方便使用另一进程的标识符，可以调用semget函数指定同一的key，以访问信号量集合。flag在创建的时候低9bit表示权限，和creat创建时需要的权限位定义相同。当flag为0时只表示获取该信号量集合，不进行创建。

#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *path, int id);

该函数用以创建key。path应当是已经存在的文件，id理解为项目id。注意如果使用同一项目id，对于不同的路径可能会产生相同的key。

＃include <sysy/sem.h>

int semctl(int semid, int semnum,int cmd,/*union semun arg */);

用以操作信号量集合，semget之后，应该使用semctl进行初始化。

注意下面这个结构体需要由用户自行定义。

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) */
           };
cmd主要有SETVAL IPC_STAT IPC_SET GETALL SETALL GETPID

IPC_RMID 删除该信号量集合。此时正在使用该信号量集合的其他进程对齐操作时会返回EIRM.





#include <sys/sem.h>



int semop(int semid


, struct sembuf semoparray


[],size_t nops


); //原子操作



struct sembuf {



   unsigned short  sem_num;  /* member # in set (0, 1, ..., nsems-1) */



   short           sem_op;   /* operation (negative, 0, or positive) */



   short           sem_flg;  /* IPC_NOWAIT, SEM_UNDO */



 };







sem_op 为正：进程释放占用资源，sem_op值加到信号量上去.



为负：如果信号量值大于等于sem_op绝对值，则减去。如果小于，如果指定了IPC_NOWAIT,semop出错返回。如果未指定，则调用进程被挂起，直到符合给定的条件或者信号量被删除/进程从其他信号退出。



为0：表示等待到信号量变为0.







如果在sem_op小于零时指定了SEM_UNDO,即使程终止时未主动释放资源，内核会释放加入SEM_UNDO时占用的资源。







简单的实例代码：



进程a，创建，占用，进程b等待。



#include <sys/ipc.h>



#include <sys/sem.h>



#include <errno.h>



#include <stdio.h>



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) */



};







int main()



{



	key_t sem_key = -1;



	if((sem_key = ftok("sem2.tmp",1)) < 0)



	{



		perror("ftok error");



		return -1;



	}



	int sid = -1;



	if((sid = semget(sem_key,1,660)) < 0 )



	{



		perror("semget error");



		return -1;



	}







	union semun arg = {0};



	arg.val = 1;



	if(semctl(sid,0,SETVAL,arg.val) < 0)



	{



		perror("error to set sem");



		return -1;



	}







	struct sembuf arr[1];



	arr[0].sem_num = 0;



	arr[0].sem_op = -1;



	arr[0].sem_flg = 0;







	if(semop(sid,arr,1) < 0)



	{



		perror("semop error");



		return -1;



	}







	sleep(5);







	arr[0].sem_op = 1;







	if(semop(sid,arr,1) < 0)



	{



		perror("semop error");



		return -1;



	}







	printf("progam1 over/n");







	return 0;



}



//进程b



#include <sys/ipc.h>



#include <sys/sem.h>



#include <errno.h>



#include <stdio.h>







int main()



{







	key_t sem_key = -1;



	if((sem_key = ftok("sem.tmp",1)) < 0)



	{



		perror("ftok error");



		return -1;



	}



	int sid = -1;



	if((sid = semget(sem_key,1,0)) < 0 )



	{



		perror("semget error");



		return -1;



	}







	struct sembuf arr[1];



	arr[0].sem_num = 0;



	arr[0].sem_op = -1;



	arr[0].sem_flg = 0;







	if(semop(sid,arr,1) < 0)



	{



		perror("semop error");



		return -1;



	}







	arr[0].sem_op = 1;







	if(semop(sid,arr,1) < 0)



	{



		perror("semop error");



		return -1;



	}







	printf("progam2 over/n");







	return 0;



}