Linux下进程通讯之信号量集
1.简介
信号量集,就是由多个信号量组成的一个数组。 作为一个整体， 信号量集中所有的信号量使用同一个等待队列。 Linux 的信号量集为进程请求多个资源创造了条件。 Linux 规定， 当进程的一个操作需要多个共享资源时， 如果只成功获得了其中部分资源， 那么这个请求即告失败， 进程必须立即释放所有已获得资源， 已防止形成死锁。
信号量本质是一个计数器(不设置全局变量是因为进程间是相互独立的)， 用于多进程对共享数据对象的读取， 它和管道有所不同， 它不以传送数据为主要目 录， 主要是用来保护共享资源(信号量也属于临界资源)， 使得资源在同一时刻只能由一个进程独享。
2.工作原理
信号量只能进行等待和发送信号两种操作， 即 P(申请)和 V(释放)。
(1) P(申请):如果 SV 的值大于 0， 就给他减 1， 如果它的值为 0， 就挂起进程。
(2) V(释放):如果有其他进程等待信号量而被挂起， 就让他恢复运行， 如果没有进程因等待信号量而挂起， 就给他加 1。
在信号量进程 PV 操作时都是为了原子操作(原子操作:单指令的操作， 单条指令的执行时不会被打断的)。3. 二值信号量
二元信号量(Binary Semaphore)是最简单的一种锁(互斥锁)， 它只有两种状态:占用与非占用。 所以它的引 用计数为 1。
4. 查看系统信号量命令
1.查看信号量组：ipcs -s 复制[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s ——— 信号量数组 ———– 键 semid 拥有者 权限 nsems 0xd2350092 3 wbyq 666 12.查看信号量限制信息：ipcs -ls
复制[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -ls ——— 信号量限制 ———– 最大数组数量 = 32000 每个数组的最大信号量数目 = 32000 系统最大信号量数 = 1024000000 每次信号量调用最大操作数 = 500 信号量最大值=327673.查看信号量详细信息：ipcs -s -i
复制[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s -i 3 信号量数组 semid=3 uid=1000 gid=1000 cuid=1000 cgid=1000 模式=0666，访问权限=0666 nsems = 1 otime = Fri Apr 29 10:27:21 2022 ctime = Fri Apr 29 10:25:28 2022 semnum 值 ncount zcount pid 0 1 0 0 137474.创建信号量：ipcmk -S <信号量个数>
复制//创建信号量，信号量个数为5个 [wbyq@wbyq 0414work]$ ipcmk -S 5 信号量 id：6 //查看创建的信号量 [wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s -i 6 信号量数组 semid=6 uid=1000 gid=1000 cuid=1000 cgid=1000 模式=0644，访问权限=0644 nsems = 5 otime = 未设置 ctime = Fri Apr 29 14:17:16 2022 semnum 值 ncount zcount pid 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 05.删除信号量：ipcrm -s
复制//删除信号量6 [wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s 6 ——— 信号量数组 ———– 键 semid 拥有者 权限 nsems 0xd2350092 3 wbyq 666 1 0xa8132e52 4 wbyq 644 1 0x9416e553 6 wbyq 644 5 [wbyq@wbyq 0414work]$ ipcrm -s 6 //删除后结果 [wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s ——— 信号量数组 ———– 键 semid 拥有者 权限 nsems 0xd2350092 3 wbyq 666 1 0xa8132e52 4 wbyq 644 15.信号量相关函数
复制#include #include #include int semget(key_t key, int nsems, int semflg); 函数功能：创建信号量 形参：key 键值，ftok产生 nsems 信号量个数，几乎总是为1 semflg 标志 IPC_CREAT|0666 返回值：失败返回-1，成功返回semid int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …); 函数功能：信号量控制函数 形参：semid semget函数返回值 semnum 信号量数组下标，semnum=0表示第一个信号量 cmd 控制命令：SETVAL 初始化信号量值 IPC_RMID 删除信号量，删除只需要前三个参数即可 GETVAL 获取信号量值 可变参数共用体类型(需要自己定义)： union semun { int val; /* 要设置的初始值 */ 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：失败返回-1，成功根据cmd值返回 int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops); 函数功能： 使用或者释放信号量pv操作 形参：semid semget函数返回值 sops 信号量pv操作结构体 struct sembuf sops { unsigned short sem_num; /* 信号量集下标，0表示第一个信号量 */ short sem_op; /*>0则v操作，释放信号量 <0则p操作，使用信号量*/ short sem_flg; / 0 表示默认操作,没有信号量可用就等待。IPC_NOWAIT 表示不等待。 */ } 返回值：成功返回信号量标志符，失败返回-1；6.创建一个信号量示例
(1)创建信号量
复制#include #include #include #include #include #include #include union semun { int val; /* 信号量值 */ 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(int argc,char *argv[]) { if(argc!=2) { printf(“格式:./a.out <信号量值>\n”); return 0; } key_t key=ftok(“semget.c”,1234);//产生键值 if(key==-1) { printf(“产生键值失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“key=%#x\n”,key); int semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);//创建1个信号量 if(semid==-1) { printf(“创建信号量集失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“semid=%d\n”,semid); union semun sem; sem.val=atoi(argv[1]); /*初始化信号量*/ if(semctl(semid,0,SETVAL,sem)) { printf(“初始化信号量值失败err=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } /*获取信号量*/ int val=semctl(semid,0,GETVAL,NULL); printf(“信号量值:%d\n”,val); /*通过系统命令查看信号量详细信息*/ char buff[20]; snprintf(buff,sizeof(buff),”ipcs -s -i %d”,semid); system(buff); return 0; }(2)使用信号量
复制#include #include #include #include #include #include #include union semun { int val; /* 信号量值 */ 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(int argc,char *argv[]) { if(argc!=2) { printf(“格式:./a.out <使用信号值>\n”); return 0; } key_t key=ftok(“semget.c”,1234);//产生键值 if(key==-1) { printf(“产生键值失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“key=%#x\n”,key); int semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);//创建1个信号量 if(semid==-1) { printf(“创建信号量集失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“semid=%d\n”,semid); /*获取信号量*/ int val=semctl(semid,0,GETVAL,NULL); printf(“信号量值:%d\n”,val); /*pv操作*/ struct sembuf sops= { .sem_num=0,//信号量下标 .sem_op=atoi(argv[1]), .sem_flg=0//阻塞等待 }; int ret=semop(semid,&sops,1); printf(“ret=%d\n”,ret); /*获取信号量*/ val=semctl(semid,0,GETVAL,NULL); printf(“信号量值:%d\n”,val); return 0; }
7.创建多个信号量
(1)创建多个信号量
复制#include #include #include #include #include #include #include union semun { int val; /* 信号量值 */ 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(int argc,char *argv[]) { if(argc!=4) { printf(“格式:./a.out <信号量值1> <信号量值2> <信号量值3>\n”); return 0; } key_t key=ftok(“semget.c”,1234);//产生键值 if(key==-1) { printf(“产生键值失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“key=%#x\n”,key); int semid=semget(key,3,IPC_CREAT|0666);//创建3个信号量 if(semid==-1) { printf(“创建信号量集失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“semid=%d\n”,semid); union semun sem[3]; sem[0].val=atoi(argv[1]);//初始化第一个信号量 sem[1].val=atoi(argv[2]);//初始化第二个信号量 sem[2].val=atoi(argv[3]);//初始化第三个信号量 int i=0; for(i=0;i<3;i++) { /*初始化信号量*/ if(semctl(semid,i,SETVAL,sem[i])) { printf(“初始化信号量值失败err=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } /*获取信号量*/ int val=semctl(semid,i,GETVAL,NULL); printf(“第%d个信号量值:%d\n”,i,val); } /*通过系统命令查看信号量详细信息*/ system(“ipcs -s”); return 0; }(2)使用多个信号量
复制#include #include #include #include #include #include #include union semun { int val; /* 信号量值 */ 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(int argc,char *argv[]) { if(argc!=2) { printf(“格式:./a.out <使用信号值>\n”); return 0; } key_t key=ftok(“semget.c”,1234);//产生键值 if(key==-1) { printf(“产生键值失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“key=%#x\n”,key); int semid=semget(key,3,IPC_CREAT|0666);//创建3个信号量 if(semid==-1) { printf(“创建信号量集失败res=%s\n”,strerror(errno)); return 0; } printf(“semid=%d\n”,semid); int i=0; /*获取信号量*/ for(i=0;i<3;i++) { /*获取信号量*/ int val=semctl(semid,i,GETVAL,NULL); printf(“第%d个信号量值:%d\n”,i,val); } /*pv操作*/ struct sembuf sops[3]= { { .sem_num=0,//信号量下标 .sem_op=atoi(argv[1]), .sem_flg=0//阻塞等待 }, { .sem_num=1,//信号量下标 .sem_op=atoi(argv[1]), .sem_flg=0//阻塞等待 }, { .sem_num=2,//信号量下标 .sem_op=atoi(argv[1]), .sem_flg=0//阻塞等待 } }; int ret=semop(semid,sops,3);//一次使用3个信号量 printf(“ret=%d\n”,ret); /*获取信号量*/ /*获取信号量*/ for(i=0;i<3;i++) { /*获取信号量*/ int val=semctl(semid,i,GETVAL,NULL); printf(“第%d个信号量值:%d\n”,i,val); } return 0; }(3)运行效果
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