linux 之 system-v 信号量

本质

计数器，记录可以访问共享资源的次数。

作用

保护共享资源（硬件设备，文件，共享内存等等）

• 互斥（一个时刻，只能有一个进程来访问共享资源）
• 同步（互斥的基础上，加上了访问的顺序规定）

信号量大于0，则可以访问；信号量等于0，则不可以访问。
访问时会将信号量减1，访问完成会将信号量加1。（加1减1可由用户控制），信号量减小到0之后，进程就不能去访问共享资源了。

信号量用法

• 定义一个唯一的key（ftok）
• 构造一个信号量（semget）
• 初始化信号量（semctl SETBA）
• 对信号量进行 p / v 操作（就是加减操作，semop）
• 删除信号量（semctl RMID）

semget函数

• 功能：获取 / 创建信号量的 id
• 函数原型：

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

• 参数：

  • key：信号量键值
  • nsems：信号量数量
  • semflg：
    IPC_CREAT：信号量不存在则创建
    mode：信号量的权限，rwx

• 返回值：
  成功：信号量 id
  失败：-1

semctl函数

• 功能：获取 or 设置信号量的相关属性
• 函数原型：

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

• 参数：

  • semid：信号量 id
  • semnum：信号量编号
  • cmd：
    IPC_STAT：获取信号量的属性信息
    IPC_SET：设置信号量的属性
    IPC_RMID：删除信号量
    IPC_SETVAL：设置信号量的值（特有）

• arg：

union semun
{
	int val;
	struct semid_ds *buf;
}；

• 返回值：

  • 成功：由 cmd 类型决定，上面列出的四种成功都是返回0。
  • 失败：-1

semop函数

• 功能：对信号量进行加减操作
• 函数原型：

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

• 参数：

• • semid：信号量id
• • sops：信号量操作结构体数组

struct sembuf
{
	short sem_num;//信号量编号
	short sem_op;//信号量 p / v 操作
	short sem_flg;//信号量行为，一般设置为SEM_UNDO，自动释放信号量
};

• • nsops：信号量数量

---

• 返回值：
• • 成功：0
• • 失败：-1

---

测试代码：

test.c

#include<sys/ipc.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>

union semun
{
	int val;
	struct semid_ds *buf;
};

//初始化信号量
int init_sem(int sem_id,int init_value)
{
	union semun sem_union;
	sem_union.val = init_value;
	if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union) == -1)
	{
		printf("Initialize semaphore.\n");
		return -1;
	}
	return 0;
}

//删除信号量
int del_sem(int sem_id)
{
	union semun sem_union;
	if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union) == -1)
	{
		perror("Delete semahore.\n");
		return -1;
	}
}

// p 操作
int sem_p(int sem_id)
{
	struct sembuf sops;
	sops.sem_num = 0;//单个信号量的编号应该为0
	sops.sem_op = -1;//表示 p 操作，减操作
	sops.sem_flg = SEM_UNDO;//到最后系统会自动释放系统中残留的信号量
	if(semop(sem_id,&sops,1) == -1)
	{
		perror("P operation.\n");
		return -1;
	}
	return 0;
}

// v 操作
int sem_v(int sem_id)
{
	struct sembuf sops;
	sops.sem_num = 0;//单个信号量的编号为 0 
	sops.sem_op = 1;//表示 v 操作
	sops.sem_flg = SEM_UNDO;//系统自动释放残留的信号量
	if(semop(sem_id,&sops,1) == -1)
	{
		perror("V operation.\n");
		return -1;
	}
	return 0;
}

#define DELAY_TIME	3

int main(void)
{
	pid_t result;
	int sem_id;
	//创建一个信号量
	sem_id = semget((key_t)6666, 1, 0666 | IPC_CREAT);
	//信号量的id，和信号量初始化的值为0
	init_sem(sem_id, 0);
	//调用 fork() 函数
	result = fork();
	if(-1 == result)
	{
		perror("Fail fork.\n");
	}
	else if(0 == result)//子进程
	{
		printf("Child process will wait for some seconds ...\n");
		sleep(DELAY_TIME);
		printf("The child process is running ...\n");
		//给信号量的值加1
		sem_v(sem_id);
	}
	else//父进程
	{
		//若信号量的值已经为0，那么这个减1的操作将阻塞于此
		//从而保证子进程运行在父进程的前面
		sem_p(sem_id);
		printf("The father process is running ...\n");
		sem_v(sem_id);
		del_sem(sem_id);
	}
	exit(0);
}

编译与运行：

jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ gcc test.c 
jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ 
jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ 
jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ 
jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ ./a.out 
Child process will wait for some seconds ...
The child process is running ...
The father process is running ...
jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ 
jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ 
jl@jl-virtual-machine:~/test/11_4$ 

可以看到，父进程总是在子进程后面运行。