1、LINUX下進(jìn)程間信號量的使用SUNNY.MAN1.使用信號量的目的打個(gè)比方，如果兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)操作一塊共享內(nèi)存。其中一個(gè)進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作，另一個(gè)讀數(shù)據(jù)操作。如果沒有使用同步信號，將會產(chǎn)生資源沖突。舉個(gè)例子解釋：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在0x0000這個(gè)地址寫入“this is a test!”，因?yàn)檫@不是一個(gè)原子操作，那么可能剛好寫完”this is a”時(shí),讀的進(jìn)程便開始讀數(shù)據(jù)，那么它讀到的數(shù)據(jù)就會是 this is a 而不是this is a test!。這就是資源沒有同步而引起的。為了數(shù)據(jù)的完整性和資源的同步性，我們使用信號量。一句話來說，為了讓N個(gè)進(jìn)程對一個(gè)共同操作的動作順序化，我們必須使用同步機(jī)制

2、。2.信號量相關(guān)函數(shù)介紹 System V 信號量的創(chuàng)建和打開 #include int semget(key_t key, int nsems, int semflg); semget 用于創(chuàng)建或打開一個(gè)已存在的信號量。 若成功就返回非負(fù)的標(biāo)識符，否則返回-1。key ： 用于生成唯一信號量的 key ，主要的目的是使不同進(jìn)程在同一該 IPC 匯合。 key 可以是事先不同的進(jìn)程約定好的一個(gè)值，也可以不同進(jìn)程通過相同的路徑名和項(xiàng)目 ID，調(diào)用 ftok() 函數(shù)，生成一個(gè)鍵。 nsems ：表示信號量集中信號量的個(gè)數(shù)，如果創(chuàng)建一個(gè)信號量集， nsems 必須是一個(gè)非 0 正整數(shù)，如果打開一個(gè)

3、指定的信號量集， nsems 可以指定為 0 。 semflag ： IPC_CREAT, IPC_EXCL, 以及 IPC 的指定權(quán)限位。如果為 IPC_CREAT IPC_EXCL ，當(dāng)該信號量集以及存在會返回錯誤。 errno 為 EEXIST 。 semget 的返回值是被稱為信號量標(biāo)識符的整數(shù)， semop 和 semctl 函數(shù)將通過該標(biāo)識符對信號量集進(jìn)行操作。 注：這里需要知道是調(diào) semget() 創(chuàng)建一個(gè)新的信號量集并沒有對之初始化，需要調(diào)用后面要講的 semctl() 函數(shù)進(jìn)行初始化。這樣 System V 信號量的創(chuàng)建和初始化就不是一個(gè)原子操作，這是一個(gè)很大的缺陷。會出現(xiàn)

4、使用未初始化信號量集的問題，我將在下面的段落講解如何避免這種情況。3 .System V 信號量的控制操作 #include int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ./* union semun arg*/);/若失敗返回-1，并設(shè)置errno。semctl 函數(shù)主要是對信號量集的一系列控制操作，根據(jù)操作命令 cmd 的不同，執(zhí)行不同的操作，依賴于所請求的命令，第四個(gè)參數(shù)是可選的， semid ： System V 信號量的標(biāo)識符； semnum ：表示信號量集中的第 semnum 個(gè)信號量。它的取值范圍： 0nsems-1 。 cmd ：操作命

5、令； arg ：如果使用該參數(shù)，該參數(shù)的類型為 union semun，它是多個(gè)特定命令的聯(lián)合。 按照SUS 明確規(guī)定， 這個(gè)結(jié)構(gòu)必須有用戶自己定義，在Linux 2.6.18的系統(tǒng)頭文件中也沒有該結(jié)構(gòu)的定義，但在 中有一段對該結(jié)構(gòu)的定義的建議，不過是注釋掉的。 include 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 *_

6、buf; / Buffer for IPC_INFO(Linux-specific);semctl 中 cmd 命令有 10 種，如下： IPC_STAT ：獲取此信號量集合的 semid_ds 結(jié)構(gòu)，存放在第四個(gè)參數(shù) arg 的 buf 中； IPC_SET ：通過 arg.buf 來設(shè)定信號量集相關(guān)聯(lián)的 semid_ds 中信號量集合權(quán)限為 sem_perm 中的 uid ， gid ， mode 。 IPC_RMID ：從系統(tǒng)中刪除該信號量集合。這種刪除立即發(fā)生，仍在使用該信號量集的其他進(jìn)程，在下次對該信號量集進(jìn)行操作的時(shí)候，會發(fā)生錯誤并返回 EIDRM 。這和 POSIX 信號量是不一

7、樣的。 POSIX 信號量 sem_unlink 只是會立即刪除信號量的在文件系統(tǒng)中的文件，而信號量的析構(gòu)是在最后一個(gè) sem_close 發(fā)生是進(jìn)行的。 GETVAL ：返回第 semnum 個(gè)信號量的值； SETVAL ：設(shè)置第 semnum 個(gè)信號量的值，該值由第四個(gè)參數(shù) arg 中的 val 指定； GETPID ：返回第 semnum 個(gè)信號量的 sempid ，最后一個(gè)操作的 pid ； GETNCNT ：返回第 semnum 個(gè)信號量的 semncnt 。等待 semval 變?yōu)榇笥诋?dāng)前值的線程數(shù)； GETZCNT ：返回第 semnum 個(gè)信號量的 semzcnt 。等待 se

8、mval 變?yōu)?0 的線程數(shù)。 GETALL ：去信號量集合中所有信號量的值，將結(jié)果存放到 arg 中的 array 所指向的數(shù)組。 SETALL ：按 arg.array 所指向的數(shù)組中的值，設(shè)置集合中所有信號量的值。 對于 GETALL 以外的所有 GET 命令， semctl 都返回相應(yīng)的值，其他命令的返回值為 0 ；4. System V 信號量的信號量操作 #include int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);int semtimedop(int semid, struct sembuf *sops, u

9、nsigned nsops, struct timespec *timeout);/成功返回0，出錯返回-1semop 函數(shù)主要是在已打開的信號量集上，對其中的 一個(gè)或多個(gè)信號量的值進(jìn)行操作 。 semid ： System V 信號量的標(biāo)識符，用來標(biāo)識一個(gè)信號量集。 sops ：是指向一個(gè)struct sembuf 結(jié)構(gòu)體數(shù)組的指針，該數(shù)組是一個(gè)信號量操作數(shù)組。 nsops ： sops 所指向 sembuf 結(jié)構(gòu)體數(shù)組中元素的個(gè)數(shù)。 sembuf 結(jié)構(gòu)體的定義如下： struct sembuf unsigned short int sem_num; /* 信號量的序號從0nsems-1 *

10、/ short int sem_op; /* 對信號量的操作，0, 0, 0 ，對該信號量執(zhí)行掛出操作，掛出的值由 sem_op 決定，系統(tǒng)會把 sem_op 的值加到該信號量的當(dāng)前值 semval （參考文章開頭關(guān)于每個(gè)信號量結(jié)構(gòu)的定義）上。如果 sem_flag 指定了 SEM_UNDO （還原）標(biāo)志，那么相應(yīng)信號量的 semadj 值會減掉 sem_op 的值。下面會說明 semadj 的含義。 sem_op = -sem_op 時(shí)， semval 減掉 sem_op 的絕對值，為該線程分配對應(yīng)數(shù)目的資源。如果指定 SEM_UNDO ，相應(yīng)信號量的 semadj 就加上 sem_op 的

11、絕對值。當(dāng) semval = -sem_op ，當(dāng)此條件滿足時(shí)，調(diào)用線程被喚醒，執(zhí)行相應(yīng)的分配操作，然后 semncnt 減去 1. sem_op = 0 ，表示調(diào)用者希望 semval 變?yōu)?0 。如果為 0 則立即返回，如果不為 0 ，相應(yīng)信號量的 semzcnt 加 1 ，調(diào)用調(diào)用線程被阻塞。 sem_flag ：信號量操作的屬性標(biāo)志，如果為 0，表示正常操作，如果為 IPC_WAIT ，使對信號量的操作時(shí)非阻塞的。即指定了該標(biāo)志，調(diào)用線程在信號量的值不滿足條件的情況下不會被阻塞，而是直接返回 -1 ，并將 errno 設(shè)置為 EAGAIN 。如果為 SEM_UNDO ，那么將維護(hù)進(jìn)程對

12、信號量的調(diào)整值，以便進(jìn)程結(jié)束時(shí)恢復(fù)信號量的狀態(tài)。注：semval ：信號量的當(dāng)前值，在文章開頭信號量的結(jié)構(gòu)中已提到。 semncnt ：等待 semval 變?yōu)榇笥诋?dāng)前值的線程數(shù)。在文章開頭信號量的結(jié)構(gòu)中已提到。 semzcnt ：等待 semval 變?yōu)?0 的線程數(shù)。在文章開頭信號量的結(jié)構(gòu)中已提到。 semadj ：指定信號量針對某個(gè)特定進(jìn)程的調(diào)整值。只有 sembuf 結(jié)構(gòu)的 sem_flag 指定為 SEM_UNDO 后， semadj 才會隨著 sem_op 而更新。講簡單一點(diǎn)：對某個(gè)進(jìn)程，在指定 SEM_UNDO 后，對信號量 semval 值的修改都會反應(yīng)到 semadj 上，當(dāng)

13、該進(jìn)程終止的時(shí)候，內(nèi)核會根據(jù) semadj 的值，重新恢復(fù)信號量之前的值 。5 .System V 信號量的繼承和銷毀 父進(jìn)程中打開的信號量在子進(jìn)程中仍然是保持著打開狀態(tài)的。 對于一個(gè)持有該信號量的進(jìn)程在沒有釋放該信號量的情況下就終止了。那么該進(jìn)程所占用的信號量內(nèi)核是不會進(jìn)行釋放的。當(dāng)通過 semctl 傳入 IPC_RMID 對該信號量集進(jìn)行刪除時(shí)，會立即將該信號量從系統(tǒng)中徹底刪除，不能再對該信號量進(jìn)行任何訪問。第三個(gè)參數(shù)cmd為IPC_RMID時(shí)，整個(gè)信號集被刪除，第二個(gè)參數(shù)semnum被忽略。注：這就產(chǎn)生了一個(gè)最后退出的進(jìn)程才可以銷毀信號量，否則退出的進(jìn)程銷毀信號量后會產(chǎn)生資源的爭奪問題

14、。在下面的例子中，我會講如何避免這種情況的發(fā)生。6.信號量使用的一個(gè)具體例子6.1打開信號量并進(jìn)行初始化：兩種組合IPC_CREAT|IPC_EXCL|00666和IPC_CREAT|00666的不同點(diǎn)，第一個(gè)如果沒有這個(gè)信號則創(chuàng)建一個(gè)，如果已經(jīng)存在則產(chǎn)生一個(gè)存在錯誤。第二個(gè)參數(shù)如果沒有創(chuàng)建信號，有則返回已經(jīng)存在的信號ID。/主要是防止兩個(gè)進(jìn)程之間從創(chuàng)建信號量到初始化信號量的競爭static int createsem(key_t key,int initval)int flag1=IPC_CREAT|IPC_EXCL|00666;int flag2=IPC_CREAT|00666;int i

15、=0;int semid=semget(key,1,flag1);if(semid0)/如果不存在則自己創(chuàng)建，存在則看是否已經(jīng)被初始化int tmperrno=errno;if(tmperrno=EEXIST)/不是自己創(chuàng)建的semid=semget(key,1,flag2);if(semid0)return -1;int init_ok=0;for(i=0; isem_otime!=0)i=3;init_ok=1;elseusleep(300000);/等300ms/forif(!init_ok)/如果待900ms仍然沒有初始化，可證明創(chuàng)建的進(jìn)程沒有進(jìn)行初始化union semun arg;

16、arg.val=initval;if(semctl(semid,0,SETVAL,arg)=-1) perror(semctl setval error);elsesemaphore_v(semid);/使用這個(gè)用改變sem_otime，以便告訴其它進(jìn)程已經(jīng)被初始化可以使用了。先V后P以保證初值為0時(shí)的操作性semaphore_p(semid);return semid;/if(!init_ok)elsereturn semid;/if existelseperror(semget error); / esle tmperrno=EEXISTelse/自己是創(chuàng)建者，則進(jìn)行初始化union se

17、mun arg;arg.val=initval;if(semctl(semid,0,SETVAL,arg)=-1)perror(semctl setval error);elsesemaphore_v(semid);semaphore_p(semid);return semid;return -1;6.2信號量的V和P操作static int semaphore_p(int sem_id) struct sembuf sem_b; sem_b.sem_num = 0; sem_b.sem_op = -1; sem_b.sem_flg = SEM_UNDO; if(semop(sem_id, &

18、sem_b, 1) = -1) fprintf(stderr, semaphore_p failed/n); return 0; return 1; /semaphore_v函數(shù)將sembuf結(jié)構(gòu)的sem_op部分設(shè)置為1，從而信號量變得可用。static int semaphore_v(int sem_id) struct sembuf sem_b; sem_b.sem_num = 0; sem_b.sem_op = 1; sem_b.sem_flg = SEM_UNDO; if(semop(sem_id, &sem_b, 1) = -1) fprintf(stderr, semaphore

19、_v failed/n); return 0; return 1; 6.3設(shè)置初值和刪除操作static int set_semvalue(int sem_id,int val) union semun sem_union; sem_union.val = val; if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) = -1) return 0; return 1;static void del_semvalue(int sem_id) union semun sem_union; if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union)

20、 = -1) fprintf(stderr, Failed to delete semaphore/n);6.4如何確保最后一個(gè)進(jìn)程刪除信號量1. int sem_iddel=createsem(key_t)1235,0);/并初始化為val=02. semaphore_v(sem_iddel);每個(gè)使用的進(jìn)程在程序開始時(shí)都V這個(gè)信號量，請注意一定要用SEM_UNDO標(biāo)志3. semaphore_p(sem_iddel);每個(gè)進(jìn)程在退出的時(shí)候都要p這個(gè)信號量4.int val=semctl(sem_iddel,0,GETVAL,arg);并對信號量的值進(jìn)行查看，如果和初值相等，則證明大家都已經(jīng)

21、不用了，可以進(jìn)行刪除操作了。if(!val)del_semvalue(sem_iddel);del_semvalue(sem_id);下面這個(gè)例子，不能解決創(chuàng)建和初值問題（創(chuàng)建完成，但沒初始化時(shí)）。/解決信號量的創(chuàng)建和初始化不是原子操作的一種方案 if (semId = semget(CreateKey(SEM_PATHNAME), 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666) = 0) arg.val = 4; if (semctl(semId, 0, SETVAL, arg) 0) coutsemctl error strerror(errno)endl; return

22、-1; else if (errno = EEXIST) semId = semget(CreateKey(SEM_PATHNAME), 1, 0666); else coutsemget error strerror(errno)endl; return -1; 7.一個(gè)寫，多讀的例子使有兩信號量解決同一時(shí)間只有一個(gè)進(jìn)程可以寫，但同一時(shí)間可以有很多進(jìn)程可讀的例子,在這里只提供流程圖，就不寫代碼了。參照上面的代碼很容易就可以寫出下列流程圖的代碼。8.具體代碼的封裝操作和一個(gè)實(shí)現(xiàn)的例子8.1. sunnysem.h的代碼/FileName sunnysem.h/author:sunny.man/

23、date:2015-07-28#ifndef _SUNNYSEM_H_#define _SUNNYSEM_H_/-#include #include #include #include #include #include #include /-#define max_tries 3union semun int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; ; /-extern int createsem(key_t key,int initval);extern int semaphore_p(int sem_id);extern int

24、 semaphore_v(int sem_id);extern int del_semv(int sem_id);extern int semaphore_waitz(int sem_id);/-#endif8.2.sunnysem.c的代碼/filename:sunnysem.c/-#include sunnysem.h/-static int semaphore_pp(int sem_id,unsigned short index);/內(nèi)部使用static int semaphore_vp(int sem_id,unsigned short index);static int isinit

25、ialization(int sem_id);/看是否已經(jīng)被初始化static int setsecondsemotime(int semid,int initval);/-static int isinitialization(int sem_id)/看是否已經(jīng)被初始化int i=0;for(i=0; isem_otime!=0)return 1;elseusleep(300000);/等300ms/forreturn 0;/-static int setsecondsemotime(int semid,int initval)/設(shè)置第二信號的最后時(shí)間，以用來開始union semun ar

26、g;short array2=initval,0;arg.array=array;if(semctl(semid,0,SETALL,arg)=-1) perror(semctl setval error);return 0;else/fprintf(stderr, setsecondsemotime shgetsuccess!n);semaphore_vp(semid,1);/先v以用來改變o_time的值，同時(shí)表明自己正在使用信號return 1;/-/主要是防止兩個(gè)進(jìn)程之間從創(chuàng)建信號量到初始化信號量的競爭int createsem(key_t key,int initval)int fla

27、g1=IPC_CREAT|IPC_EXCL|00666;int flag2=IPC_CREAT|00666;int i=0;int semid=semget(key,2,flag1);/第一個(gè)信號用來使用，第二個(gè)信號用來最后一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行刪除信號操作if(semid=0)int init_ok=isinitialization(semid);if(!init_ok)/如果待900ms仍然沒有初始化，可證明第一個(gè)進(jìn)程沒有進(jìn)行初始化if(setsecondsemotime(semid,initval)return semid;/if(!init_ok)elsesemaphore_vp(semid,1

28、);/表明自己使用信號量return semid;/semid =0/if existelseperror(semget error); / esle tmperrno=EEXISTelse/自己是創(chuàng)建者，則進(jìn)行初始化/fprintf(stderr, semaphore shgetsuccess!n);if(setsecondsemotime(semid,initval)return semid;return -1;/-/給一個(gè)信號量集里的第幾個(gè)信號附值static int semaphore_pp(int sem_id,unsigned short index) struct sembuf

29、sem_b; sem_b.sem_num = index; sem_b.sem_op = -1; sem_b.sem_flg = SEM_UNDO; if(semop(sem_id, &sem_b, 1) = -1) fprintf(stderr, semaphore_p failedn); return 0; /fprintf(stderr, semaphore_pp success!n); return 1; /-/semaphore_v函數(shù)將sembuf結(jié)構(gòu)的sem_op部分設(shè)置為1，從而信號量變得可用。static int semaphore_vp(int sem_id,unsigne

30、d short index) struct sembuf sem_b; sem_b.sem_num = index; sem_b.sem_op = 1; sem_b.sem_flg = SEM_UNDO; if(semop(sem_id, &sem_b, 1) = -1) fprintf(stderr, semaphore_v failedn); return 0; /fprintf(stderr, semaphore_vp successn); return 1; /-/等待信號變成0 int semaphore_waitz(int sem_id) struct sembuf sem_b;

31、sem_b.sem_num = 0; sem_b.sem_op = 0; sem_b.sem_flg = SEM_UNDO; if(semop(sem_id, &sem_b, 1) = -1) fprintf(stderr, semaphore_v failedn); return 0; return 1; /-/給一個(gè)信號量集里的第幾個(gè)信號附值int semaphore_p(int sem_id)return semaphore_pp(sem_id,0);/-/semaphore_v函數(shù)將sembuf結(jié)構(gòu)的sem_op部分設(shè)置為1，從而信號量變得可用。int semaphore_v(int

32、sem_id)return semaphore_vp(sem_id,0);/-int del_sem(int sem_id) union semun arg; union semun sem_union; semaphore_pp(sem_id,1);/和信號量斷開連接 if(semctl(sem_id,1,GETVAL,arg)=0) if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) = -1) fprintf(stderr, Failed to delete semaphoren);return 1; return 0;/-8.3.測試的代碼/filename:main.c/function:測試信號量的使用方法#include #include #include #i