Linux--进程间通信之信号量（system V版本的信号量）

引入信号量之前，我们先要了解四个基本概念，什么是临界资源与临界区，什么是同步与互斥。

1 基本概念

1.1 临界资源与临界区的概念

1.临界资源：对于某些共享资源，一次仅允许一个进程访问，这个资源就称为临界资源。
2.临界区：访问临界资源的那些代码称为临界区。

1.2 同步与互斥

1.互斥：对于某种资源，如果有一个进程正在访问该资源，则其它的进程必须等待，当那个进程访问完成后其它进程才能访问。
2.同步：某些进程的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。

同步最基本的场景就是：两个或两个以上的进程或线程在运行过程中协同步调，按预定的先后次序运行。比如 A 任务的运行依赖于 B 任务产生的数据。

2 信号量

1.本质：信号量本质上是一个表示临界资源数目的一个计数器。
2.底层：一个计数器加上一个等待队列。

struct semaphore
 {
       int value;    //计数器
       pointer_PCB queue;   //等待队列
}

3.信号量里有一个特殊的信号量：二元信号量
（1）二元信号量的值非0即1。
（2）二元信号量的本质就是一把互斥锁。
4.在进程间通信里，信号量本身并不具备传输数据的能力，而是通过控制其它的通信资源来实现进程间通信的同步与互斥。

2.1 信号量值的含义

若用S表示信号量
（1）S > 0 ，表示剩余临界资源的数目
（2）S = 0，表示没有可用资源，也没有等待进程
（3）S < 0，|S|表示等待进程的数目

注意：这里的S表示的信号量是通用的信号量，但是对于system V版本的信号量来说，信号量没有负值，当信号量的值等于0的时候，需要申请该资源的进程挂起等待。

2.2 信号量常见的操作

1.信号量常见的操作有P操作和V操作
（1）P操作
对该信号量的值减1，以表明对应申请得到资源。
（2）V操作
对该信号量的值加1，以表明该用户归还申请得到的资源。
2.因为信号量是用来实现同步与互斥的，所以对信号量的操作也必须是原子的。
3.P、V操作具有原子性，因为信号量能被不同进程看到，信号量本身也是一种临界资源。

2.3 信号量集相关的API

因为对于system V版本的信号量来说，创建信号量是以信号量集的方式创建的

1.创建信号量集
（1）通过semget函数

#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

（2）参数解析：

key：通过ftok函数产生一个唯一标识信号量集的标识符
nsems：由于该函数是创建一个信号量集，一个集合必须知道元素的个数，这里的nsems指的就是创建的信号量集中信号量的个数。
semflg：与消息队列和共享内存里的用法一致，当为IPC_CREAT表示不存在就创建存在就打开，当同时使用IPC_CREAT和IPC_EXCL表示不存在就创建，存在就失败。

（3）使用示例：

//创建包含num个信号量的信号量集，返回值为信号量集唯一标识semid
int  SemCreate(int num)
{
    key_t key = ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
    if(key < 0)
    {   
        perror("ftok");
        return -1;
    }   

    int semid = semget(key,num,fIPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
    if(semid < 0)
    {   
        perror("semget");
        return -1;
    }   
    return semid;
}

2.删除信号量集
（1）通过semctl函数

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

（2）参数解析：

semid：信号量集的唯一标识，表示对哪个信号量集执行相关操作
semnum：表示信号量集中某个信号量的下标（序号）
cmd：执行的相关命令，当cmd为IPC_RMID时，第二个参数无效（因为对整个信号量集都删除，对哪个信号量标号也就不关心了），表明删除信号量集

（3）使用示例：

int DestroySem(int semid)
{
    //因为删除信号量集，所以第二隔参数任意
    int ret = semctl(semid,0,IPC_RMID);
}

3.获得信号量集
（1）通过semget函数

#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);