linux进程间通信(六)----IPC篇----信号灯概念以及实现进程间通信

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分类专栏： linux系统文章标签： linux system V信号灯集进程间通信

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本文深入探讨了System V信号灯的概念及其在进程间通信中的应用，对比POSIX信号量，解释了信号灯如何解决死锁问题，并提供了通过信号灯同步共享内存读写的代码示例。

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在这里插入图片描述

一 why

linux进程间IPC通信方式有三种，分别是共享内存、消息队列，以及信号灯。它
们都存在于内核空间，之前我们已经探讨过共享内存以及消息队列的实现方式：
linux进程间通信(五)----IPC篇----共享内存实现进程间通信
 linux进程间通信(六)----消息队列篇
今天这篇文章来谈谈信号灯基本概念，以及实现进程间通信的步骤。

二 what

（1）概念
第一个问题：信号灯和POSX规范中的信号量之间的区别是什么呢？
posix信号量针对于单个信号量 seminit semwait sempost，Posix有名信号量，无名信号量。什么意思呢？就是POSIX规范中的信号量只能作用于一个信号量（当然这个信号量对应的资源可能不止一个），每个信号对应一个P操作和V操作；而System V信号灯是一个集合，它是信号量的集合，它含有多个信号量，它可以对多个信号灯同时进行P/V操作。
第二个问题：为什么需要信号灯，只有POSIX信号量不是足够了吗？
只有POSIX信号量是不够的，考虑这样一个场景，

线程A中和线程B都需要访问共享资源1和共享资源2，在线程A中会需要先申请共享资源1，然后再申请共享资源2；
但是在线程B中，会先申请贡献资源2，然后再申请共享资源1。
当线程A中开始申请共享资源1时，紧接着会申请共享资源2；而此时线程B中开始申请共享资源2时，紧接着会申请共享资源1；
线程B正在占用着共享资源2，线程A正在占着共享资源1，导致线程B申请不到共享资源1，它就不会释放共享资源2；线程A申请不到共享资源2，它就不会释放共享资源1；这样就造成了死锁。当然这种情况可以这样避免，每次申请完一个共享资源时，申请结束就释放，而不能同时申请多个共享资源，多个申请成功之后，在释放。当然也可以使用今天的信号灯来解决这个问题
（2）创建或者打开函数

#includde <sys/types.h>
#includde <sys/ipc.h>
#includde <sys/sem.h>
1. 创建或者打开函数
    原型: int semget(key_t key, int nsems, int semflag)
    参数： key 和信号灯集关联的key值
           nsems 信号灯集包含的信号灯数目
           semflag 信号灯集的访问权限
    返回值： 成功，信号灯ID，出错 -1

（3）关闭

原型: int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...union semun arg)
          注意最后一个参数不是地址，可以有，可以没有
    参数： semid 信号灯集id
           semnum 要修改的信号灯集编号,删除操作时，这个值可以设置为任意值
           cmd GETVAL 获取信号灯的值
               SETVAL 设置信号灯的值
               IPC_RMID 删除信号灯
           union semun arg: 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) */
                            };
    返回值： 成功，消息队列ID，出错 -1

（4）P/V操作函数

P/V操作函数 semop
    原型: int semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops)
    参数： semid 信号灯集id
           opsptr struct sembuf{
                      short sem_num;   //要操作信号灯的编号
                      short sem_op;    //0: 等待，直到信号灯的值变为0，1:资源释放，V操作，-1:分配资源，P操作
                      short sem_flg;   //0: IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
                  }
           nops 要操作信号灯个数
    返回值： 成功，消息队列ID，出错 -1

三 how

实现下面一个应用程序
父子进程通过system V信号灯同步对共享内存的读写

父进程从键盘输入字符串到共享内存
子进程删除字符串中的空格并打印
父进程输入quit后删除共享内存和信号灯集，程序结束

源代码

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

#define N 64
#define READ 0
#define WRITE 1

union semun {
	int val;
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short *array;
        struct seminfo *__buf;
};

void init_sem(int semid, int s[], int n)
{
	int i;
	union semun myun;

	for (i = 0; i < n; i++){
		myun.val = s[i];
		semctl(semid, i, SETVAL, myun);
	}
}

void pv(int semid, int num, int op)
{
	struct sembuf buf;

	buf.sem_num = num;
	buf.sem_op = op;
	buf.sem_flg = 0;
	semop(semid, &buf, 1);
}

int main()
{
	int shmid, semid, s[] = {0, 1};
	pid_t pid;
	key_t key;
	char *shmaddr;

	key = ftok(".", 's');
	if (key == -1){
		perror("ftok");
		exit(-1);
	}

	shmid = shmget(key, N, IPC_CREAT|0666);
	if (shmid < 0) {
		perror("shmid");
		exit(-1);
	}

	semid = semget(key, 2, IPC_CREAT|0666);
	if (semid < 0) {
		perror("semget");
		goto __ERROR1;
	}
	init_sem(semid, s, 2);

	shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
	if (shmaddr == NULL) {
		perror("shmaddr");
		goto __ERROR2;
	}

	pid = fork();
	if(pid < 0) {
		perror("fork");
		goto __ERROR2;
	} else if (pid == 0) {
		char *p, *q;
		while(1) {
			pv(semid, READ, -1);
			p = q = shmaddr;
			while (*q) {
				if (*q != ' ') {
					*p++ = *q;
				}
				q++;
			}
			*p = '\0';
			printf("%s", shmaddr);
			pv(semid, WRITE, 1);
		}
	} else {
		while (1) {
			pv(semid, WRITE, -1);
			printf("input > ");
			fgets(shmaddr, N, stdin);
			if (strcmp(shmaddr, "quit\n") == 0) break;
			pv(semid, READ, 1);
		}
		kill(pid, SIGUSR1);
	}

__ERROR2:
	semctl(semid, 0, IPC_RMID);
__ERROR1:
	shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
	return 0;
}