進程間通信（三）—信號量_ZenDei技術網路在線

我會用幾篇博客總結一下在Linux中進程之間通信的幾種方法，我會把這個開頭的摘要部分在這個系列的每篇博客中都打出來進程之間通信的方式管道消息隊列信號信號量共用存儲區套接字（socket）進程間通信（四）—共用存儲區傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomire ...

我會用幾篇博客總結一下在Linux中進程之間通信的幾種方法，我會把這個開頭的摘要部分在這個系列的每篇博客中都打出來

進程之間通信的方式

管道
消息隊列
信號
信號量
共用存儲區
套接字（socket）

進程間通信（四）—共用存儲區傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5651995.html

進程間通信（二）—消息隊列傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5642575.html

進程間通信（一）—管道傳送門：http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5636339.html

第三篇來了！前兩篇訪問量很多，真的是很感謝了

這次記下信號量的相關操作函數和方法，和以前一樣會在博文的最後把測試代碼貼出來！

學過操作系統這本書的話應該對信號量這個名詞不會感到陌生，同時信號和信號量是不同的！

信號量多用於進程間的同步與互斥，簡單的說一下同步和互斥的意思

同步：處理競爭就是同步，安排進程執行的先後順序就是同步，每個進程都有一定的個先後執行順序

互斥：互斥訪問不可共用的臨界資源，同時會引發兩個新的控制問題（互斥可以說是特殊的同步）

競爭：當併發進程競爭使用同一個資源的時候，我們就稱為競爭進程

簡單說一下信號量的工作機制（因為真的很簡單），可以直接理解成計數器（當然其實加鎖的時候肯定不能這麼簡單，不只只是信號量了），信號量會有初值（>0），每當有進程申請使用信號量，通過一個P操作來對信號量進行-1操作，當計數器減到0的時候就說明沒有資源了，其他進程要想訪問就必須等待（具體怎麼等還有說法，比如忙等待或者睡眠），當該進程執行完這段工作（我們稱之為臨界區）之後，就會執行V操作來對信號量進行+1操作。

臨界區：不是個簡單的區域！是加鎖區間的代碼！

臨界資源：只能被一個進程同時使用（不可以多個進程共用），要用到互斥

我們可以說信號量也是進程間通信的一種方式，比如互斥鎖的簡單實現就是信號量，一個進程使用互斥鎖，並通知（通信）其他想要該互斥鎖的進程，阻止他們的訪問和使用（老子正在用！@_@！）

其實信號量的操作函數和之前幾個都是類似的，都是套路

信號量的創建

一定會覺得熟悉的！和消息隊列十分類似

函數原型：int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h>
參數解析
- key_t這個就不詳細解釋了，在消息隊列篇就講過了
- nsems這個參數是指創造出幾個信號量，準確的來說,semget這個函數創建出來一個信號量集（就是包含好多信號量的那種，可以簡單的理解為信號量數組），這就是說創建有幾個信號量的信號量集，可以選擇只創建一個
- semflg還是一樣的，用到兩個參數就夠了IPC_CREAT 和 IPC_EXCL怎麼用的話我在消息隊列篇講過了，就不多費口舌了

下麵會看到信號量的一個缺點

信號量的初始化

這說明信號量的初始化和創建是分開操作的，為什麼是分開的，因為創建的時候沒有給信號量的大小的參數，信號量是可以設置大的（不是只可以設置為1），當然設置為1就是互斥訪問了，比如典型的生產者和消費者問題，但是如果像是讀者寫者中的讀者信號量可不一樣（因為可以有多個讀者同時讀），這裡就不解釋這個模型問題了。

缺點就是，一旦初始化和創建分開之後，就會有線程安全的問題，進程A剛創建一信號量還沒有初始化，進程B便已經開始對該信號量進程P操作（哥哥！我還沒賦值初始化！）根本無法進行-1操作，會阻塞的，我都不知道咋回事（親身體驗該錯誤）。。。

廢話不多說了，函數還是套路

函數原型：int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h>
參數解析

第一個semid就不多說了標識信號量用的，semget成功時候的返回值就是它
semnum這個就很有用了，剛纔說了申請的是一個信號量集，這個參數就是告訴函數要初始化的是第幾個信號量，該參數是從0開始的，0表示第一個信號量
cmd這次用這個SETVAL表示設置變數

當SETVAL被設置之後，可變參數列表的第四個參數就可以用上了，這裡傳入一個神奇的聯合體（我在手冊里找到了，但是死活用不了它，還是自己寫了一個）

1 union semun {
2                int              val;    /* Value for SETVAL */
3                struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
4                unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
5                struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
6                                            (Linux-specific) */
7            };

就是它！就是它！就看第一個吧，其他我也沒用了（英語我也看不太懂）,val就是設置的初值啦，傳入的時候直接傳入就行了，參數就是一個變數（不用傳指針）

這個函數一會刪除我們還會遇到它，ctl就是control控制的簡寫，很多操作都有它

信號量操作

一開始就寫了操作的兩種方式，一種叫P操作，一種叫V操作，都是通過一個函數實現的，這個函數還關聯一個結構體

函數原型：int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
頭文件：#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h>
參數解析
- 第一個semid老朋友了
- 第二個就是那個結構體了，貼出來看
- 第三個表示你想同時操作幾個信號量（為什麼不是表示index of信號量呢，在結構體里有一起說），因為信號量集可能有很多信號量，每次一個一個操作不現實，這個參數就是提供一個同時操作的

1 struct sembuf
2 {
3     unsigned short sem_num;  /* semaphore number */
4     short          sem_op;   /* semaphore operation */
5     short          sem_flg;  /* operation flags */
6 };

sem_num就是index of信號量，你想操作的信號量的下標，sem_op是個短整型，這裡給1或者-1分別表示V和P操作，而最後一個semflg手冊中提到了兩個

IPC_NOWAIT：一看就是IPC通用的，非等待，不讓忙等待只好去休眠（或者別的，反正不能迴圈等待）

SEM_UNDO：這個一看就是信號量獨有的，看英文也能看出來UNDO是取消之前做過的，什麼意思呢，不得不提到，當進程在臨界區工作（持有鎖）的時候，是不允許掛（掛掉更不好啦）起的！！！這很重要（又要加篇幅啦！@_@），因為一旦掛起或者休眠，有可能就醒不了啦！（掛起有可能等待事件）這樣不好，會讓等待的其他進程饑餓，尤其是掛掉的時候，肯定就更糟糕了，根本就無法執行V操作，等待的進程就會無限的等待下去，遞歸申請信號量也是不好的，尤其是互斥信號量的時候會造成死鎖。這時候UNDO就出來把之前做過的東西都取消掉，P操作就當沒執行過，信號量又從0變回了1，皆大歡喜。

信號量的刪除

semctl又來了，和消息隊列的刪除類似

函數原型：剛纔剛寫了~！
頭文件：剛纔剛寫了~！
參數解析：剛纔剛寫了~！
不一樣的只是把SETVAL為換成IPC_RMID就行了（當然後面的可變參數列表也不要了，可以看一下測試的例子）

事已至此，基本操作就說完了，廢話少說，show me the code

我的程式分為comm.h（公共頭文件） comm.c（封裝基本函數） server.c（採用fork完成父子進程間使用信號量）一共3個文件

基本功能：模擬線程安全（簡單版本），父進程會列印"A""A"子進程會列印"B""B"，因為執行順序的原因可能會交叉列印，但我不要這樣，我要讓AA和BB分別連著！完成這個功能

先看之前的版本

交叉列印不是我想要的

功能完成連續列印

comm.h

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <sys/ipc.h>
 3 #include <string.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <sys//sem.h>
 6 #include <stdlib.h>
 7 #include <errno.h>
 8 
 9 
10 #define _PATH_NAME_ "/tmp"
11 #define _PROJ_ID_ 0x6666
12 
13 static int comm_create_sem(int flags,int num);
14 int create_sem(int num);
15 int get_sem();
16 void P_sem(int sem_id,int index);
17 void V_sem(int sem_id,int index);

comm.c

 1 #include "comm.h"
 2 
 3 union semun {
 4                int              val;    /* Value for SETVAL */
 5                struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
 6                unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
 7                struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
 8                                            (Linux-specific) */
 9            };
10 
11 
12 static int comm_create_sem(int flags,int num)
13 {
14   key_t _key=ftok(_PATH_NAME_,_PROJ_ID_);
15   if(_key<0)
16   {
17     printf("%d:%s",errno,strerror(errno));
18   }
19   int sem_id;
20   if((sem_id=semget(_key,num,flags))<0)
21   {
22     printf("semget errno,%d:%s",errno,strerror(errno));
23   }
24   return sem_id;
25 }
26 
27 int create_sem(int num)
28 {
29   int flags=IPC_CREAT | IPC_EXCL;
30   int sem_id=comm_create_sem(flags,num);
31   union semun v;
32   v.val=1;
33   if(semctl(sem_id,0,SETVAL,v)<0)//init
34   {
35     printf("init error,%d:%s",errno,strerror(errno));
36   }
37   return sem_id;
38 }
39 
40 int get_sem()
41 {
42   int flags=0;
43   return comm_create_sem(flags,0);
44 }
45 
46 
47 void P_sem(int sem_id,int index)
48 {
49   struct sembuf s;
50   s.sem_num=index;
51   s.sem_op=-1;
52   s.sem_flg=0;
53   if(semop(sem_id,&s,1)<0)
54   {
55     printf("op errro,%d:%s",errno,strerror(errno));
56   }
57 }
58 
59 void V_sem(int sem_id,int index)
60 {
61   struct sembuf s;
62   s.sem_num=index;
63   s.sem_op=1;
64   s.sem_flg=0;
65   if(semop(sem_id,&s,1)<0)
66   {
67     printf("op error,%d:%s",errno,strerror(errno));
68   }
69 
70 }
71 
72 void destory_sem(int sem_id)
73 {
74   semctl(sem_id,0,IPC_RMID);
75 }

server.c

 1 #include "comm.h"
 2 
 3 
 4 
 5 int main()
 6 {
 7   int pid;
 8   pid=fork();
 9   if(pid>0)
10   {
11     //father
12     int sem_id=create_sem(1);
13     while(1)
14     {
15       P_sem(sem_id,0);
16       printf("A");
17       fflush(stdout);
18       sleep(1);
19       printf("A");
20       fflush(stdout);
21       V_sem(sem_id,0);
22     }
23   }
24   else
25   {
26     //child
27     while(1)
28     {
29       int sem_id=get_sem();
30       P_sem(sem_id,0);
31       printf("B");
32       fflush(stdout);
33       sleep(1);
34       printf("B");
35       fflush(stdout);
36       V_sem(sem_id,0);
37     }
38   }
39 
40   return 0;
41 }