信號(hào)量概述

信號(hào)量廣泛用于進(jìn)程或線程間的同步和互斥，信號(hào)量本質(zhì)上是一個(gè)非負(fù)的整數(shù)計(jì)數(shù)器，它被用來(lái)控制對(duì)公共資源的訪問(wèn)。

編程時(shí)可根據(jù)操作信號(hào)量值的結(jié)果判斷是否對(duì)公共資源具有訪問(wèn)的權(quán)限，當(dāng)信號(hào)量值大于 0 時(shí)，則可以訪問(wèn)，否則將阻塞。PV 原語(yǔ)是對(duì)信號(hào)量的操作，一次 P 操作使信號(hào)量減１，一次 V 操作使信號(hào)量加１。

在實(shí)際應(yīng)用中兩個(gè)進(jìn)程間通信可能會(huì)使用多個(gè)信號(hào)量，因此 System V 的信號(hào)量以集合的概念來(lái)管理，具體操作和 Posix 信號(hào)量大同小異。

信號(hào)量集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct semid_ds，此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中定義了整個(gè)信號(hào)量集的基本屬性。

/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */struct semid_ds{struct ipc_permsem_perm;/* permissions .. see ipc.h */__kernel_time_tsem_otime;/* last semop time */__kernel_time_tsem_ctime;/* last change time */struct sem*sem_base;/* ptr to first semaphore in array */struct sem_queue *sem_pending;/* pending operations to be processed */struct sem_queue **sem_pending_last;/* last pending operation */struct sem_undo*undo;/* undo requests on this array */unsigned shortsem_nsems;/* no. of semaphores in array */};

信號(hào)量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct sem，此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中定義了信號(hào)量的基本屬性。

/* One semaphore structure for each semaphore in the system. */struct sem{intsemval;/* current value *信號(hào)量的值*/intsempid;/* pid of last operation *最后一個(gè)操作信號(hào)量的進(jìn)程號(hào)*/struct list_head sem_pending; /* pending single-sop operations */};

System V 信號(hào)量基本操作

使用 shell 命令操作信號(hào)量：

查看信號(hào)量：ipcs -s刪除信號(hào)量：ipcrm -s?semid

以下函數(shù)所需頭文件如下：

#include #include #include

1)創(chuàng)建信號(hào)量集合

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

功能：

創(chuàng)建或打開(kāi)一個(gè)信號(hào)量集合，該集合中可以包含多個(gè)信號(hào)量。

參數(shù)：

key：進(jìn)程間通信鍵值，通過(guò)調(diào)用 ftok() 函數(shù)得到的鍵值

nsems：創(chuàng)建的信號(hào)量的個(gè)數(shù)。如果只是訪問(wèn)而不創(chuàng)建則可以指定該參數(shù)為 0，一旦創(chuàng)建了該信號(hào)量，就不能更改其信號(hào)量個(gè)數(shù)，只要不刪除該信號(hào)量，重新調(diào)用該函數(shù)創(chuàng)建該鍵值的信號(hào)量，該函數(shù)只是返回以前創(chuàng)建的值，不會(huì)重新創(chuàng)建。

semflg：標(biāo)識(shí)函數(shù)的行為及信號(hào)量的權(quán)限，其取值如下：

• IPC_CREAT：創(chuàng)建信號(hào)量。
• IPC_EXCL：檢測(cè)信號(hào)量是否存在。
• 位或權(quán)限位：信號(hào)量位或權(quán)限位后可以設(shè)置信號(hào)量的訪問(wèn)權(quán)限，格式和 open 函數(shù)的 mode_ t 一樣(open() 的使用請(qǐng)點(diǎn)此鏈接)，但可執(zhí)行權(quán)限未使用。

返回值：

成功：信號(hào)量集標(biāo)識(shí)符

失敗：返回 -1

2)控制信號(hào)量集合、信號(hào)量

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

功能：

對(duì)信號(hào)量集合以及集合中的信號(hào)量進(jìn)行操作。

參數(shù)：

semid：信號(hào)量集標(biāo)識(shí)符。

semnum：集合中信號(hào)量的序號(hào)，指定對(duì)哪個(gè)信號(hào)量操作， 只對(duì)幾個(gè)特殊的 cmd 操作有意義。

cmd：信號(hào)量控制類(lèi)型。semctl() 函數(shù)可能有3個(gè)參數(shù)，也可能有4個(gè)參數(shù)，參數(shù)的個(gè)數(shù)由 cmd 決定。當(dāng)有4個(gè)參數(shù)時(shí)，第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體：

union semun{intval;/*信號(hào)量的值*/struct semid_ds *buf;/*信號(hào)量集合信息*/unsigned short *array;/*信號(hào)量值的數(shù)組*/struct seminfo *__buf;/*信號(hào)量限制信息*/};

cmd 的取值如下：

GETVAL：獲取信號(hào)量的值。此時(shí)函數(shù)有3個(gè)參數(shù)。semctl() 函數(shù)的返回值即為信號(hào)量的值。

SETVAL：設(shè)置信號(hào)量的值。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的val，其值為信號(hào)量的值。

IPC_STAT：獲取信號(hào)量集合的信息。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的__buf。

IPC_SET：設(shè)置信號(hào)量集合的信息。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的__buf。

IPC_RMID：刪除信號(hào)量集。此時(shí)函數(shù)有3個(gè)參數(shù),第2個(gè)參數(shù)semnum不起作用。

GETALL：獲取所有信號(hào)量的值。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)，第2個(gè)參數(shù)semnum不起作用。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的array，其值為用來(lái)存放所有信號(hào)量值的數(shù)組的首地址。

SETALL：設(shè)置所有信號(hào)量的值 。參數(shù)說(shuō)明同上。

IPC_INFO：獲取信號(hào)量集合的限制信息。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)，第2個(gè)參數(shù)semnum不起作用。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的__buf。

GETPID：獲取信號(hào)的進(jìn)程號(hào)，即最后操作信號(hào)量的進(jìn)程。此時(shí)函數(shù)有3個(gè)參數(shù)。semctl() 函數(shù)的返回值即為信號(hào)的進(jìn)程號(hào)。

GETNCNT：獲取等待信號(hào)的值遞增的進(jìn)程數(shù)。此時(shí)函數(shù)有3個(gè)參數(shù)。semctl() 函數(shù)的返回值即為進(jìn)程數(shù)。

GETZCNT：獲取等待信號(hào)的值遞減的進(jìn)程數(shù)。此時(shí)函數(shù)有3個(gè)參數(shù)。semctl() 函數(shù)的返回值即為進(jìn)程數(shù)。

返回值：

成功：0

失敗：-1

3)操作信號(hào)量

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

功能：

操作信號(hào)量，主要進(jìn)行信號(hào)量加減操作。

參數(shù)：

semid：信號(hào)量集標(biāo)識(shí)符。

sops：操作信號(hào)量的結(jié)構(gòu)體(struct sembuf)數(shù)組的首地址( 結(jié)構(gòu)體定義在 sys/sem.h )，此結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)表明了對(duì)信號(hào)量進(jìn)行的操作。

struct sembuf{unsigned short sem_num;/*信號(hào)量的序號(hào)*/short sem_op;/*信號(hào)量的操作值*/short sem_flg;/*信號(hào)量的操作標(biāo)識(shí)*/};

結(jié)構(gòu)體成員使用說(shuō)明如下：

sem_num：信號(hào)量集中信號(hào)量的序號(hào)

sem_op 取值如下：

sem_op > 0：信號(hào)量的值在原來(lái)的基礎(chǔ)上加上此值。

sem_op < 0：如果信號(hào)量的值小于 semop 的絕對(duì)值，則掛起操作進(jìn)程。如果信號(hào)量的值大于等于 semop 的絕對(duì)值，則信號(hào)量的值在原來(lái)的基礎(chǔ)上減去 semop 的絕對(duì)值。

sem_op = 0：對(duì)信號(hào)量的值進(jìn)行是否為 0 測(cè)試。若為 0 則函數(shù)立即返回，若不為 0 則阻塞調(diào)用進(jìn)程。

sem_flag 取值如下：

IPC_NOWAIT：在對(duì)信號(hào)量的操作不能執(zhí)行的情況下使函數(shù)立即返回。

SEM_UNDO：當(dāng)進(jìn)程退出后，該進(jìn)程對(duì)信號(hào)量進(jìn)行的操作將被撤銷(xiāo)。

nsops：操作信號(hào)量的結(jié)構(gòu)體數(shù)組中元素的個(gè)數(shù)。

返回值：

成功：0

失敗：-1

使用示例

示例一：

#include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]){key_t key; //創(chuàng)建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}//查看信號(hào)量system("ipcs -s");int semid;//1: 創(chuàng)建的信號(hào)量的個(gè)數(shù)semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666); //創(chuàng)建信號(hào)量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信號(hào)量//刪去信號(hào)量// 0: 代表對(duì)第0個(gè)信號(hào)量進(jìn)行操作// IPC_RMID：刪除信號(hào)量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s"); //查看信號(hào)量return 0;}

運(yùn)行結(jié)果如下：

示例二：

#include #include #include #include #include /*解決編譯出錯(cuò)的問(wèn)題*/#define IPC_INFO 3 int main(int argc, char *argv[]){key_t key; //創(chuàng)建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}system("ipcs -s"); //查看信號(hào)量int semid;//1: 創(chuàng)建的信號(hào)量的個(gè)數(shù)semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666);//創(chuàng)建信號(hào)量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信號(hào)量struct seminfo buf;/*//struct seminfo相關(guān)成員struct seminfo {int semmap;int semmni;int semmns;int semmnu;int semmsl;int semopm;int semume;int semusz;int semvmx;int semaem;};*///IPC_INFO：獲取信號(hào)量集合的限制信息。//此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)，第2個(gè)參數(shù)semnum不起作用。semctl(semid, 0, IPC_INFO, &buf);printf("buf.semmni = %d", buf.semmni);printf("buf.semmns = %d", buf.semmns);printf("buf.semmnu = %d", buf.semmnu);printf("buf.semmsl = %d", buf.semmsl);printf("buf.semopm = %d", buf.semopm);printf("buf.semume = %d", buf.semume);printf("buf.semusz = %d", buf.semusz);printf("buf.semvmx = %d", buf.semvmx);printf("buf.semaem = %d", buf.semaem); //刪去信號(hào)量// 0: 代表對(duì)第0個(gè)信號(hào)量進(jìn)行操作// IPC_RMID：刪除信號(hào)量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s"); //查看信號(hào)量return 0;}

運(yùn)行結(jié)果如下：

示例三：

#include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]){key_t key; //創(chuàng)建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}//查看信號(hào)量system("ipcs -s");int semid;//1: 創(chuàng)建的信號(hào)量的個(gè)數(shù)semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666); //創(chuàng)建信號(hào)量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信號(hào)量int ret;/*//SETVAL: 設(shè)置信號(hào)量的值。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的val，其值為信號(hào)量的值。 union semun{intval;//信號(hào)量的值struct semid_ds *buf;//信號(hào)量集合信息unsigned short *array;//信號(hào)量值的數(shù)組struct seminfo *__buf;//信號(hào)量限制信息};*/ret = semctl(semid, 0, SETVAL, 20);if(ret == -1){perror("semctl");}//GETVAL：獲取信號(hào)量的值。函數(shù)返回值即為信號(hào)量的值。ret = semctl(semid, 0, GETVAL);if(ret == -1){perror("semctl");}printf("ret = %d", ret); // 0: 代表對(duì)第0個(gè)信號(hào)量進(jìn)行操作// IPC_RMID：刪除信號(hào)量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s");return 0;}

運(yùn)行結(jié)果如下：

示例四：

#include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]){key_t key; //創(chuàng)建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}//查看信號(hào)量system("ipcs -s");int semid;//2: 創(chuàng)建的信號(hào)量的個(gè)數(shù)semid = semget(key, 2, IPC_CREAT|0666); //創(chuàng)建信號(hào)量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信號(hào)量int ret; unsigned short sem_arry[2] = {30,20};/*//SETALL: 設(shè)置所有信號(hào)量的值。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)，第2個(gè)參數(shù)semnum不起作用。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的array，其值為用來(lái)存放所有信號(hào)量值的數(shù)組的首地址。union semun{intval;//信號(hào)量的值struct semid_ds *buf;//信號(hào)量集合信息unsigned short *array;//信號(hào)量值的數(shù)組struct seminfo *__buf;//信號(hào)量限制信息};*/ret = semctl(semid, 0, SETALL, sem_arry);if(ret == -1){perror("semctl");}bzero(sem_arry, sizeof(sem_arry));//GETALL：獲取所有信號(hào)量的值。此時(shí)函數(shù)有4個(gè)參數(shù)，第2個(gè)參數(shù)semnum不起作用。第4個(gè)參數(shù)為聯(lián)合體中的array，其值為用來(lái)存放所有信號(hào)量值的數(shù)組的首地址。ret = semctl(semid, 0, GETALL, sem_arry);if(ret == -1){perror("semctl");}printf("sem_arry[0] = %d", sem_arry[0]);printf("sem_arry[1] = %d", sem_arry[1]); // IPC_RMID：刪除信號(hào)量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s");return 0;}

運(yùn)行結(jié)果如下：

示例五：

//此范例使用信號(hào)量來(lái)同步共享內(nèi)存的操作#include #include #include #include #include #include #include #define SHM_KEY 0x33 #define SEM_KEY 0x44 union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; }; int P(int semid) { struct sembuf sb;/*//操作信號(hào)量的結(jié)構(gòu)體struct sembuf{unsigned short sem_num;//信號(hào)量的序號(hào)short sem_op;//信號(hào)量的操作值short sem_flg;//信號(hào)量的操作標(biāo)識(shí)};*/sb.sem_num = 0; sb.sem_op = -1;//SEM_UNDO：當(dāng)進(jìn)程退出后，該進(jìn)程對(duì)信號(hào)量進(jìn)行的操作將被撤銷(xiāo)。sb.sem_flg = SEM_UNDO; //操作1個(gè)信號(hào)量if(semop(semid, &sb, 1) == -1){ perror("semop"); return -1; } return 0; } int V(int semid) { struct sembuf sb;/*//操作信號(hào)量的結(jié)構(gòu)體struct sembuf{unsigned short sem_num;//信號(hào)量的序號(hào)short sem_op;//信號(hào)量的操作值short sem_flg;//信號(hào)量的操作標(biāo)識(shí)};*/sb.sem_num = 0; sb.sem_op = 1;//SEM_UNDO：當(dāng)進(jìn)程退出后，該進(jìn)程對(duì)信號(hào)量進(jìn)行的操作將被撤銷(xiāo)。sb.sem_flg = SEM_UNDO; //操作1個(gè)信號(hào)量if(semop(semid, &sb, 1) == -1){ perror("semop"); return -1; } return 0; } int main(int argc, char **argv) {pid_t pid; int i, shmid, semid; int *ptr = NULL; union semun semopts; /*union semun{intval;//信號(hào)量的值struct semid_ds *buf;//信號(hào)量集合信息unsigned short *array;//信號(hào)量值的數(shù)組struct seminfo *__buf;//信號(hào)量限制信息};*/ //創(chuàng)建一塊共享內(nèi)存, 存一個(gè)int變量if ((shmid = shmget(SHM_KEY, sizeof(int), IPC_CREAT | 0600)) == -1) { perror("msgget"); return -1;} //將共享內(nèi)存映射到進(jìn)程, fork后子進(jìn)程可以繼承映射ptr = (int *)shmat(shmid, NULL, 0);if (ptr == (int *)-1) { perror("shmat");return -1;}*ptr = 0; //賦值為0 // 創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量用來(lái)同步共享內(nèi)存的操作 if ((semid = semget(SEM_KEY, 1, IPC_CREAT | 0600)) == -1) { perror("semget"); return -1;} //初始化信號(hào)量 semopts.val = 1; if (semctl(semid, 0, SETVAL, semopts) < 0) { perror("semctl"); return -1;} if ((pid = fork()) < 0) { //創(chuàng)建進(jìn)程perror("fork");_exit(0);}else if (pid == 0){ // Child// 子進(jìn)程對(duì)共享內(nèi)存加1 for (i = 0; i < 100000; i++) { P(semid); (*ptr)++; V(semid); printf("child: %d", *ptr); } } else { //Parent// 父進(jìn)程對(duì)共享內(nèi)存減1 for (i = 0; i < 100000; i++) { P(semid); (*ptr)--; V(semid); printf("parent: %d", *ptr); } //如果子進(jìn)程結(jié)束，回收其資源wait(NULL);//如果同步成功, 共享內(nèi)存的值為0 printf("finally: %d", *ptr); } return 0; }

運(yùn)行結(jié)果如下：

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的判断sem信号量为零_Linux系统编程——进程同步与互斥：System V 信号量的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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