信号量
信号量(semaphore) 与已经介绍过的 IPC 结构不同,它是一个计数器,信号量用于实现进程间的与斥与同步,而不是用于存储进程间通信数据。
1、特点
(1)信号量用于进程间同步,若要在进程间传递数据需要结合共享内存
(2)信号量基于操作系统的 PV 操作,程序对信号量的操作都是原了操作。
(3)每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1,而且可以加减任意正整数
(4)支持信号量组
2、原型
最简单的信号量是只能取 0和 1 的变量,这也是信号量最常见的一种形式,叫做二值信号量(Binary Semaphore) 。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作,而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。
头文件:
1 #include <sys/sem.h>
2 // 创建或获取一个信号量组: 若成功返回信号量集ID,失败返回-1
3 int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
4 // 对信号量组进行操作,改变信号量的值: 成功返回0,失败返回-1
5 int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
6 // 控制信号量的相关信息
7 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
PV操作(P可看作拿锁,V看作放回锁)
PV操作的含义:PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下:
P(S):①将信号量S的值减1,即S=S-1;
②如果S>=0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。
V(S):①将信号量S的值加1,即S=S+1;
②如果S>0,则该进程继续执行;否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
利用信号量和PV操作实现进程互斥的一般模型是:
进程P1 进程P2 …… 进程Pn
…… …… ……
P(S); P(S); P(S);
临界区; 临界区; 临界区;
V(S); V(S); V(S);
…… …… …… ……
使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是:
(1)每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现,先做P操作,进临界区,后做V操作,出临界区。若有多个分支,要认真检查其成对性。
(2)P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部,临界区的代码应尽可能短,不能有死循环。
(3)互斥信号量的初值一般为1。
临界资源(临界区)
多道程序系统中存在许多进程,它们共享各和资源,然而有很多资源一次只能供一个进程使用。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备都属于临界资源,如输入机、打印机、磁带机等。
示例:fork一个进程不知道父进程还是子进程先运行(都有可能),那么我们可以通过信号量与PV操作来控制让子进程先运行
编译结果:
代码示例:
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> //int semget(key_t key, int nsems, int semflg); //int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...); //int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops); 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) */ }; void pGetKey(int id) { struct sembuf set; set.sem_num = 0; set.sem_op = -1; set.sem_flg=SEM_UNDO; semop(id, &set ,1); printf("getkey\n"); } void vPutBackKey(int id) { struct sembuf set; set.sem_num = 0; set.sem_op = 1; set.sem_flg=SEM_UNDO; semop(id, &set ,1); printf("put back the key\n"); } int main(int argc, char const *argv[]) { key_t key; int semid; key = ftok(".",2); //信号量集合中有一个信号量 semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666);//获取/创建信号量 union semun initsem; initsem.val = 0; //操作第0个信号量 semctl(semid, 0, SETVAL, initsem);//初始化信号量 //SETVAL设置信号量的值,设置为inisem int pid = fork(); if(pid > 0){ //去拿锁 pGetKey(semid); printf("this is father\n"); vPutBackKey(semid); //锁放回去 semctl(semid,0,IPC_RMID); } else if(pid == 0){ printf("this is child\n"); vPutBackKey(semid); }else{ printf("fork error\n"); } return 0; }