Linux System V IPC 信號量

模型

1. 獲取key ftok()
2. 創建/獲取信號量集 semget()
3. 初始化信號量集 semctl()
4. 操作信號量集 semop()
5. 刪除信號量集 semctl()

使用的頭文件:

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

ftok()

//獲取key值, key值是System V IPC的標識符，成功返回key，失敗返回-1設errno
//同pathname+同 proj_id==>同key_t;
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

pathname :文件名
proj_id: 1~255的一個數，表示project_id

key_t key=ftok(".",100);    //“.”就是一個存在且可訪問的路徑, 100是假設的proj_id
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);

semget():

//創建/獲取一個信號量集，成功返回semid，失敗返回-1
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

nsems: 信號量集的大小/信號量的個數，0表示獲取已經存在的信號量集
semflg

• IPC_CREAT :若不存在則創建, 需要在msgflg中＂|許可權信息＂; 若存在則打開
• IPC_EXCL :若存在則創建失敗
• 0 :獲取已經存在的信號量集

//create sem
semid=semget(key,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
if(-1==semid)
    perror("semid"),exit(-1);

semctl()

//主要用於對指定的信號量集/信號量執行指定的操作,成功返回0,失敗返回-1設errno
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

semid: 信號量集的編號(哪個信號量集)
semnum: 信號量集的下標(這個信號量集里的哪個信號量)
cmd:具體的操作命令

• IPC_STAT 將內核中與semid相關的信息拷貝到arg.buf指向的結構體中
• IPC_SET將buf指向的semid_ds結構體的部分內容寫入到內核中的相關數據結構中，同時更新sem_ctime成員
• IPC_RMID 立即銷毀指定的信號量集，調用的進程的的effective UID必須和信號量集的創建者或所有者相匹配，或者這個進程有足夠的特權級別，此時第四個參數會被忽略
• IPC_INFO(Linux-specific)返回系統對信號量集的限制到__buf指向的結構體seminfo中

//_GNU_SOURCE
struct  seminfo {
    int     semmap;     /* Number of entries in semaphore map; unused within kernel */
    int     semmni;     /* Maximum number of semaphore sets */
    int     semmns;     /* Maximum number of semaphores in all semaphore sets */
    int     semmnu;     /* System-wide maximum number of undo structures; unused within kernel */
    int     semmsl;     /* Maximum number of semaphores in a set */
    int     semopm;     /* Maximum number of operations for  semop(2) */
    int     semume;     /* Maximum number of undo entries per process; unused within kernel */
    int     semusz;     /* Size of struct sem_undo */
        int     semvmx;     /* Maximum semaphore value */
    int     semaem;     /* Max. value that can be recorded for semaphore adjustment (SEM_UNDO) */
};

//semmsl, semmns, semopm, semmni可以通過/proc/sys/kernel/sem來設置

• SEM_INFO (Linux-specific)返回和IPC_INFO一樣的信息，除了以下方面：semusz成員返回當前系統中存在的信號量集的數目，semaem返回系統中所有信號量集中的信號量總數
• SEM_STAT(Linux-specific)返回semid_ds結構，類似與IPC_STAT
• GETALL 返回所有信號量的semval到arg.array中，忽略semnum
• GETNCNT 返回信號量集第semnum個信號量的semcnt值
• GETPID 返回信號量集第semnum個信號量的sempid值
• GETVAL 返回信號量集第semnum個信號量的semval值
• GETZCNT 返回信號量集第semnum個信號量的semzcnt值
• SETALL 使用arg.array設置信號量集里的所有的信號量的semval值，同時更新信號量集的semid_ds結構體的sem_ctime成員的值
• SETVAL返回信號量集第semnum個信號量的semval的值到arg.val中，同時更新信號量集的semid_ds結構體的sem_ctime成員的值

the fourth argument:

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) */
};

//<sys/sem.h>
struct semid_ds {
    struct ipc_perm sem_perm;   /* Ownership and permissions */
    time_t          sem_otime;  /* Last semop time */
    time_t          sem_ctime;  /* Last change time */
    unsigned short  sem_nsems;  /* No. of semaphores in set */
};

//<sys/ipc.h>
struct ipc_perm {
    key_t           __key;  /* Key supplied to semget(2) */
    uid_t           uid;    /* Effective UID of owner */
    gid_t           gid;    /* Effective GID of owner */
    uid_t           cuid;   /* Effective UID of creator */
    gid_t           cgid;   /* Effective GID of creator */
    unsigned short  mode;   /* Permissions */
    unsigned short  __seq;  /* Sequence number */
};

int res=semctl(semid,0,SETVAL,5);
if(-1==res)
    perror("semctl"),exit(-1);
int res=semctl(semid,0,IPC_RMID);
if(-1==res)
    perror("semctl"),exit(-1);

semop():

//操作指定的信號量集，成功返回0,失敗返回-1設errno
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

semid:信號集的ID(returned by semget())
sops:結構體指針, 既可以指向結構體變數, 也可以指向結構體數組信號量集本質上是若幹個信號量的集合, 可以實現對信號量的批處理

struct sembuf{
    unsigned short  sem_num;    //信號量集的下標
    short           sem_op;     //正數表示增加, 0表示不變, 負數表示減小
    short           sem_flg;    //操作標誌,預設給0
}

nsops:結構體指針指向的元素個數, 也就是數組的大小

例子

Sys V IPC sem
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<signal.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    //get key
    key_t key=ftok(".",200);
    if(-1==key)
        perror("ftok"),exit(-1);
    printf("key=%d\n",key);
    //create sem
    int semid=semget(key,0,0);
    if(-1==semid)
        perror("semget"),exit(-1);
    printf("semid=%d\n",semid);
    //creat 10 children to take the shared resource
    int i=0;
    for(i=0;i<10;i++){      //創建10個進程, 當然,需要只給parent或child單獨fork(), 否則就是2^10個進程
        pid_t pid=fork();
        if(-1==pid)
            perror("fork"),exit(-1);
        if(0==pid){

            struct sembuf buf;      //準備占用資源, sem_op-1
            buf.sem_num=0;      //信號量集下標
            buf.sem_op=-1;      //信號量-1
            buf.sem_flg=0;      //操作標誌
            int res=semop(semid,&buf,1/*結構體變數的個數*/);
            if(-1==res)
                perror("semop"),exit(-1);

            sleep(20);          //模擬正在占用共用資源

            buf.sem_op=1;       //占用完了, sem_op+1
            res=semop(semid,&buf,1);
            if(-1==res)
                perror("semop"),exit(-1);

            exit(0);                //終止子進程, 自然也就跳出了迴圈,防止再fork()
        //  break;
        }
    }   
    return 0;
}
//出現搶占的效果, 還沒有全部釋放完畢的時候就有進程搶到了已經釋放的進程