POSIX信号量和SYSTEM V信号量（1）

信号量信号量分有名和无名信号量。它们的区别和管道及命名管道的区别类似。有名信号量要求创建一个文件，而无名信号量则直接保存在内存中。一,Posix信号量Po***信号量接口总结(见下图):上面一行是有名信号量，可于fifo相类比，其值保存在文件中,可用于进程和线程同步;下面一行是无名信号量，可与pipe相类比，其值保存在内存中,可用于进程和线程同步;中间部分，是两者的公用接口。sem_open()                                sem_close(),sem_unlink()  //有名信号量         / |sem_wait(),sem_post()       |/         / |sem_trywait(),sem_getvalue()|/sem_destroy()  //无名信号量sem_init()1.公共接口1.1 接口函数说明#includeint sem_wait(sem_t *sem);    测试所指定信号量的值,它的操作是原子的。    若sem>0，那么它减1并立即返回。    若sem==0，则睡眠直到sem>0，此时立即减1，然后返回。   int sem_trywait(sem_t *sem);    其他的行为和sem_wait一样，除了：    若sem==0，不是睡眠，而是返回一个错误EAGAIN。       int sem_post(sem_t *sem);    把指定的信号量sem的值加1;    呼醒正在等待该信号量的任意线程。   int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);    取回信号量sem的当前值，把该值保存到sval中。    若有1个或更多的线程或进程调用sem_wait阻塞在该信号量上，该函数返回两种值：        1) 返回0        2) 返回阻塞在该信号量上的进程或线程数目    linux采用返回的第一种策略。注意：在这些函数中，只有sem_post是信号安全的函数，它是可重入函数。1.2 接口使用的一般流程sem_init(&sem);sem_wait(&sem);critical area;sem_post(&sem);remainder area2.无名信号量    无名信号量是保存在变量类型为sem_t的内存中。int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);    1)pshared==0 用于同一多线程的同步；    2)若pshared>0 用于多个进程间的同步,此时sem必须放在共享内存中。int sem_destroy(sem_t *sem);    只能销毁由sem_init初始化的信号量，否则后果不可预料也。例1：    多线程使用信号量的简单例子：/* * simple_sem_app.c */#include "all.h"/* 每个字符输出的间隔时间 */#define TEN_MILLION 5000000L#define BUFSIZE 1024void *threadout(void *args);int main(int argc, char *argv[]){    int error;       int i;       int n;    sem_t semlock;       pthread_t *tids;          if (argc != 2) {           fprintf (stderr, "Usage: %s numthreads/n", argv[0]);              return 1;       }         n = atoi(argv[1]);       tids = (pthread_t *)calloc(n, sizeof(pthread_t));       if (tids == NULL) {           perror("Failed to allocate memory for thread IDs");           return 1;       }         if (sem_init(&semlock, 0, 1) == -1) {           perror("Failed to initialize semaphore");           return 1;       }         for (i = 0; i           if (error = pthread_create(tids + i, NULL, threadout, &semlock)) {               fprintf(stderr, "Failed to create thread:%s/n", strerror(error));                  return 1;          }    }       for (i = 0; i           if (error = pthread_join(tids[i], NULL)) {               fprintf(stderr, "Failed to join thread:%s/n", strerror(error));                 return 1;              }    }    return 0;}void *threadout(void *args){    char buffer[BUFSIZE];       char *c;       sem_t *semlockp;       struct timespec sleeptime;          semlockp = (sem_t *)args;       sleeptime.tv_sec = 0;       sleeptime.tv_nsec = TEN_MILLION;          snprintf(buffer, BUFSIZE, "This is thread from process %ld/n",               (long)getpid());       c = buffer;       /****************** entry section *******************************/       while (sem_wait(semlockp) == -1)           if(errno != EINTR) {               fprintf(stderr, "Thread failed to lock semaphore/n");                 return NULL;              }       /****************** start of critical section *******************/       while (*c != '/0') {              fputc(*c, stderr);              c++;              nanosleep(&sleeptime, NULL);       }       /****************** exit section ********************************/       if (sem_post(semlockp) == -1)              fprintf(stderr, "Thread failed to unlock semaphore/n");       /****************** remainder section ***************************/       return NULL;}说明：该例子来自于usp。    可以把sem_wait和sme_post调用去掉，看看效果，可以看到出现了交叉输出的情况。    nanosleep调用只是为了让输出的效果更明显，没有其他意义。更多的例子见mypxsem/prodcons2-4.c3. 有名信号量有名信号量是把信号量的值保存在文件中，所以它可以用于线程也可以用于进程间的同步。如下面的形式：sem_t *mutex;...mutex = sem_open(pathname, O_CREAT | O_EXCL, FILE_MODE, 0);   if ((childpid = fork()) == 0) {    /* child */    ...    sem_wait(mutext);    ...}/* parent */...sem_post(mutex);...3.1 常用函数说明sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,                mode_t mode, unsigned int value);    返回一个sem_t类型的指针。该指针随后可用作sem_close等的参数。    该函数参数的详细信息，可以参考手册。int sem_close(sem_t *sem);    关闭sem信号量，并释放资源。   int sem_unlink(const char *name);    在所有进程关闭信号量后删除name的信号量3.2 有名信号量的使用例子：/* * chainname.c */   #include "my_unpipc.h"#define BUFSIZE 1024#define PERMS (mode_t)(S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)#define FLAGS (O_CREAT | O_EXCL)static int getnamed(char *name, sem_t **sem, int val);int main  (int argc, char *argv[]) {   char buffer[BUFSIZE];   char *c;   pid_t childpid = 0;   int delay;   volatile int dummy = 0;   int i, n;   sem_t *semlockp;   if (argc != 4){       /* check for valid number of command-line arguments */      fprintf (stderr, "Usage: %s processes delay semaphorename/n", argv[0]);      return 1;   }   n = atoi(argv[1]);   delay = atoi(argv[2]);   for (i = 1; i      if ((childpid = fork()) > 0)    /* father break */         break;   snprintf(buffer, BUFSIZE,      "i:%d  process ID:%ld  parent ID:%ld  child ID:%ld/n",       i, (long)getpid(), (long)getppid(), (long)childpid);   c = buffer;   if (getnamed(argv[3], &semlockp, 1) == -1) {      perror("Failed to create named semaphore");      return 1;   }   while (sem_wait(semlockp) == -1)                         /* entry section */       if (errno != EINTR) {          perror("Failed to lock semlock");          return 1;       }   while (*c != '/0') {                                  /* critical section */      fputc(*c, stderr);      c++;      for (i = 0; i         dummy++;   }   if (sem_post(semlockp) == -1) {                           /* exit section */      perror("Failed to unlock semlock");      return 1;   }   if (wait(NULL) == -1)                              /* remainder section */      return 1;   return 0;}static int getnamed(char *name, sem_t **sem, int val){   while (((*sem = sem_open(name, FLAGS , PERMS, val)) == SEM_FAILED) &&           (errno == EINTR)) ;   if (*sem != SEM_FAILED)       return 0;   if (errno != EEXIST)      return -1;   while (((*sem = sem_open(name, 0)) == SEM_FAILED) && (errno == EINTR)) ;   if (*sem != SEM_FAILED)       return 0;   return -1;}以上代码创建了一个进程链，若把sem_wait和sem_post调用去掉，可以看到输出很混乱。这是由于每个子进程都共享了父进程的文件表项，而且都指向打开的文件表项。system v 信号量===============1, 该类信号量，与posix信号量不同。它表示的信号量集，而不是单个信号量。可用于不同进程间的同步。内核为每个信号量集，维护一个如下的信息结构:struct semid_ds {    struct ipc_perm sem_perm;    /* 信号量集的操作许可权限 */    struct sem *sem_base;        /* 某个信号量sem结构数组的指针,                                   当前信号量集中的每个信号量对应其中一个数组元素 */    ushort sem_nsems;            /* sem_base 数组的个数 */    time_t sem_otime;            /* 最后一次成功修改信号量数组的时间 */    time_t sem_ctime;            /* 成功创建时间 */};struct sem {    ushort semval;        /* 信号量的当前值 */    short  sempid;        /* 最后一次返回该信号量的进程ID号 */    ushort semncnt;        /* 等待semval大于当前值的进程个数 */    ushort semzcnt;        /* 等待semval变成0的进程个数 */};2, 信号量操作函数a. 创建和打开信号量int semget(key_t key, int nsems, int oflag)(1) nsems>0  : 创建一个信的信号量集,指定集合中信号量的数量，一旦创建就不能更改。(2) nsems==0 : 访问一个已存在的集合(3) 返回的是一个称为信号量标识符的整数，semop和semctl函数将使用它。(4) 创建成功后一下结构被设置：    .sem_perm 的uid和gid成员被设置成的调用进程的有效用户ID和有效组ID    .oflag 参数中的读写权限位存入sem_perm.mode    .sem_otime 被置为0,sem_ctime被设置为当前时间    .sem_nsems 被置为nsems参数的值    .而于该集合中的每个信号量不初始化，这些结构是在semctl,用参数SET_VAL,SETALL初始化的。b. 设置信号量的值int semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);(1) semid 是semget返回的semid(2) nops :　是数组opsptr的个数(3) opsptr : 是操作结构的数组struct sembuf {    short sem_num;    /* 信号量的数目: 0,1,...,nsems-1 */    short sem_op;    /* 信号量操作 */    short sem_flg;  /* 操作表示符 */};(4) 若sem_op 是正数，其值就加到semval上;    若sem_op 是0，那么调用者希望等到semval变为0，如果semval是0就反回;    若sem_op 是负数，那么调用者希望等待semval变为大于或等于sem_op的绝对值.(5) sem_flg    SEM_UNDO     由进程自动释放信号量    IPC_NOWAIT  不阻塞c. 对信号量集实行控制操作int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ../* union semun arg */);其中semid是信号量集合，semnum是信号在集合中的序号，union semun{    int val; /* cmd == SETVAL */    struct semid_ds *buf /* cmd == IPC_SET或者 cmd == IPC_STAT */    ushort *array; /* cmd == SETALL, 或 cmd = GETALL */};cmd是控制命令，参数可选cmd取值如下：GETVAL, SETVAL : semid集合中semnum信号量当前的semval值GETALL，SETALL ：semid集合中所有信号量的值。IPC_RMID：删除semid信号量集GETPID：返回最后成功操作该信号的进程号。IPC_STAT：返回semid集合中的struct semid_ds结构。例子:/* my_sem.c */ #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include   int main (int argc, char **argv) {     key_t ipckey;     int semid;     /*建立两个信号灯结构*/     struct sembuf sem[2]; /* sembuf defined in sys/sem.h */     /* 创建IPC Key */     ipckey = ftok("/tmp/rich", 42);     /* 创建信号量. 4 == READ, 2 == ALTER */     semid = semget(ipckey, 1, 0666 | IPC_CREAT);     if (semid    {         printf("Error - %sn", strerror(errno));         _exit(1);     }     /*设置*/     /* These never change so leave them outside the loop */     sem[0].sem_num = 0;     sem[1].sem_num = 0;     sem[0].sem_flg = SEM_UNDO; /* Release semaphore on exit */     sem[1].sem_flg = SEM_UNDO; /* Release semaphore on exit */     while(1)     {          printf("[%s] Waiting for the semaphore to be releasedn/n", argv[1]);         /* 设置两个信号灯，灯1等待，灯2请求资源锁 */         sem[0].sem_op = 0; /* Wait for zero */         sem[1].sem_op = 1; /* Add 1 to lock it*/         /*设置信号量集，两个信号量*/         semop(semid, sem, 2);          /*资源锁区*/         printf("[%s] I have the semaphoren/n", argv[1]);         sleep(rand() % 3);          /* Critical section, sleep for 0-2 seconds */         sem[0].sem_op = -1; /* Decrement to unlock */         /*出锁，对信号量1操作*/         semop(semid, sem, 1);         printf("[%s] Released semaphoren/n", argv[1]);         sleep(rand() % 3); /* Sleep 0-2 seconds */     } }