对信号量P/V操作以及共享资源的使用

共享内存（SHM）

   共享内存是效率最高的 IPC，因为他抛弃了内核这个“代理人”，直截了当地将一块裸

露的内存放在需要数据传输的进程面前，让他们自己搞，这样的代价是：这些进程必须小心

谨慎地操作这块裸露的共享内存，做好诸如同步、互斥等工作，毕竟现在没有人帮他们来管

理了，一切都要自己动手。也因为这个原因，共享内存一般不能单独使用，而要配合信号量、

互斥锁等协调机制，让各个进程在高效交换数据的同时，不会发生数据践踏、破坏等意外。

共享内存的思想很朴素，进程与进程之间虚拟内存空间本来相互独立，不能互相访问的，

但是可以通过某些方式，使得相同的一块物理内存多次映射到不同的进程虚拟空间之中，这

样的效果就相当于多个进程的虚拟内存空间部分重叠在一起，看示意图。

使用共享内存的一般步骤是：

1 ，获取共享内存对象的 ID

2 ，将共享内存映射至本进程虚拟内存空间的某个区域

3 ，当不再使用时，解除映射关系

4 ，当没有进程再需要这块共享内存时，删除它

信号量（SEM）

     信号量 SEM全称 Semaphore，中文也翻译为信号灯。作为system-V IPC 的最后一种，信号量跟前面的 MSG 和 SHM 有极大的不同， SEM 不是用来传输数据的， 而是作为“旗语”，用来协调各进程或者线程工作的。

一些基本概念如下：

        1 ，多个进程或线程有可能同时访问的资源（变量、链表、文件等等）称为共享资源，

也叫临界资源（critical resources）。

        2 ，访问这些资源的代码称为临界代码，这些代码区域称为临界区（critical zone）。

        3 ，程序进入临界区之前必须要对资源进行申请，这个动作被称为 P 操作，这就像你要

把车开进停车场之前，先要向保安申请一张停车卡一样， P 操作就是申请资源，如果申请成

功，资源数将会减少。如果申请失败，要不在门口等，要不走人。

        4 ，程序离开临界区之后必须要释放相应的资源，这个动作被称为 V 操作，这就像你把

车开出停车场之后，要将停车卡归还给保安一样， V 操作就是释放资源，释放资源就是让资

源数增加。

         所有一起访问共同临界资源的进程都必须遵循以上游戏规则，否则大家就都乱套了，但

是值得注意的是：这些规则是自愿的，如果有进程就是胡来——在访问资源之前不申请，那

么将会可能导致逻辑谬误，就像开车压死保安直接撞进停车场一样，虽然于情于理都不可以，

物理上阻止不了这种行为。

        

         system-V 的信号量非常类似于停车场的卡牌，想象一个有 N 个车位的停车场，每个

车位是立体的可升降的，能停 n 辆车，那么我们可以用一个拥有 N 个信号量元素，每个信

号量元素的初始值等于 n 的信号量来代表这个停车场的车位资源——某位车主要把他的 m

辆车开进停车场，如果需要 1 个车位，那么必须对代表这个车位的信号量元素申请资源，

如果 n 大于等于 m ，则申请成功，否则不能把车开进去。

            

  对 于共享内存和信号量的使用 

发送端代码如下jack.c

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

union semun
{
    int val;                 /* 当 cmd 为 SETVAL 时使用 */ 
    struct semid_ds *buf;    /* 当 cmd 为 IPC_STAT 或 IPC_SET 时使用 */
    unsigned short *array;   /* 当 cmd 为 GETALL 或 SETALL 时使用 */
    struct seminfo *__buf;   /* 当 cmd 为 IPC_INFO 时使用 */
};

 
char * shm_init()
{
    //获取KEY值
     int key=ftok("./",'K');
    
     int shm_id=shmget(key, 4096,IPC_CREAT|0666);
     if(shm_id==-1)
     {
        perror("shmget id erorr");
        exit(1);//直接结束进程
     }
    //映射共享内存
    char *shm_map=shmat(shm_id, NULL, 0);
    if(shm_map==(void *)-1)
    {
        perror("shm map error");
         exit(1);//直接结束进程
    }

    return shm_map;
    
}

int sem_init()
{
    //获取新的KEY值
       int key=ftok("./",'X');
    //获取信号量的ID
     int sem_id=semget(key, 2, IPC_CREAT|0644);
     if(sem_id==-1)
     {
        perror("sem get id error ");
        exit(1);
     }
     //初始化信号量的内容 主要是初始化他们的初始化的资源数
      
     //初始化没有数据，有一个空间
     union semun set;
     set.val=0;   
     semctl(sem_id, 0, SETVAL, set);   //0 初始化数据资源
     set.val=1; 
     semctl(sem_id, 1, SETVAL,set );  //1 初始化空间资源

     return sem_id;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //配置共享内存并初始化
     char *shm_map=shm_init();
     //初始化信号量
     int  sem_id=sem_init();
    //再写入共享内存之前需要现申请一个空间资源
     /* struct sembuf 
        { 
            unsigned short sem_num;     /* 信号量元素序号（数组下标） 
            short sem_op;               /* 操作参数 *
            short sem_flg;              /* 操作选项 
        };*/
    struct sembuf space={     //设置空间资源 
        .sem_num=1,          //需要设置的空间资源元素下表为1
        .sem_flg=0,          //设置标记为0 啥也不选
        .sem_op=-1           //-1表示资源量即将建议  申请资源
    };
      struct sembuf data={     //设置空间资源 
        .sem_num=0,          //需要设置的空间资源元素下表为0
        .sem_flg=0,          //设置标记为0 啥也不选
        .sem_op=1           //1表示资源量即将加1  释放资源
    };
    while (1)
    {
        
       //等待空间资源  会阻塞 如果资源暂时不能得到则会阻塞等待
        semop(sem_id,  &space, 1);
        printf("请输入需要发送的数据\n"); 
        fgets(shm_map,4096,stdin);
        //设置数据资源为1 
        semop(sem_id,  &data, 1);/* code */
    }

    return 0;
}

接收端代码 rocs.c

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

union semun
{
    int val;                 /* 当 cmd 为 SETVAL 时使用 */ 
    struct semid_ds *buf;    /* 当 cmd 为 IPC_STAT 或 IPC_SET 时使用 */
    unsigned short *array;   /* 当 cmd 为 GETALL 或 SETALL 时使用 */
    struct seminfo *__buf;   /* 当 cmd 为 IPC_INFO 时使用 */
};

 
char * shm_init()
{
    //获取KEY值
     int key=ftok("./",'K');
    
     int shm_id=shmget(key, 4096,IPC_CREAT|0666);
     if(shm_id==-1)
     {
        perror("shmget id erorr");
        exit(1);//直接结束进程
     }
    //映射共享内存
    char *shm_map=shmat(shm_id, NULL, 0);
    if(shm_map==(void *)-1)
    {
        perror("shm map error");
         exit(1);//直接结束进程
    }

    return shm_map;
    
}

int sem_init()
{
    //获取新的KEY值
       int key=ftok("./",'X');
    //获取信号量的ID
     int sem_id=semget(key, 2, IPC_CREAT|0644);
     if(sem_id==-1)
     {
        perror("sem get id error ");
        exit(1);
     }
     //初始化信号量的内容 主要是初始化他们的初始化的资源数
      
     //初始化没有数据，有一个空间
     union semun set;
     set.val=0;   
     semctl(sem_id, 0, SETVAL, set);   //0 初始化数据资源
     set.val=1; 
     semctl(sem_id, 1, SETVAL,set );  //1 初始化空间资源

     return sem_id;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //配置共享内存并初始化
     char *shm_map=shm_init();
     //初始化信号量
     int  sem_id=sem_init();
    //再写入共享内存之前需要现申请一个空间资源
     /* struct sembuf 
        { 
            unsigned short sem_num;     /* 信号量元素序号（数组下标） 
            short sem_op;               /* 操作参数 *
            short sem_flg;              /* 操作选项 
        };*/
    struct sembuf space={     //设置空间资源 
        .sem_num=1,          //需要设置的空间资源元素下表为1
        .sem_flg=0,          //设置标记为0 啥也不选
        .sem_op=1           //1表示资源量即将加以  释放资源
    };
      struct sembuf data={     //设置空间资源 
        .sem_num=0,          //需要设置的空间资源元素下表为0
        .sem_flg=0,          //设置标记为0 啥也不选
        .sem_op=-1          //1表示资源量即将加1  释放资源
    };
    while (1)
    {
        printf("wait 数据\n");
       //等待数据资源  会阻塞 如果资源暂时不能得到则会阻塞等待
        semop(sem_id,  &data, 1);
        printf("Jacl 说：%s\n",shm_map);
        //设置空间资源为1 
        semop(sem_id,  &space, 1);/* code */
    }

    return 0;
}