linux进程通信（三）IPC信号

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信号量的本质是一种数据操作锁，它本身不具有数据交换的功能，而是通过控制其他的通信资源（文件，外部设备）来实现进程间通信，它本身只是一种外部资源的标识。信号量在此过程中负责数据操作的互斥、同步等功能。   

当请求一个使用信号量来表示的资源时，进程需要先读取信号量的值来判断资源是否可用。大于0，资源可以请求，等于0，无资源可用，进程会进入睡眠状态直至资源可用。   

当进程不再使用一个信号量控制的共享资源时，信号量的值+1，对信号量的值进行的增减 操作均为原子操作，这是由于信号量主要的作用是维护资源的互斥或多进程的同步访问。 而在信号量的创建及初始化上，不能保证操作均为原子性。

这里主要讨论二进制信号量。 

由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号，即P(sv)和V(sv),他们的行为是这样的：

P(sv)：如果sv的值大于零，就给它减1；如果它的值为零，就挂起该进程的执行

V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待sv而挂起，就给它加1.

举个例子，就是两个进程共享信号量sv，一旦其中一个进程执行了P(sv)操作，它将得到信号量，并可以进入临界区，

使sv减1。而第二个进程将被阻止进入临界区，因为当它试图执行P(sv)时，sv为0，它会被挂起以等待第一个进程离开临界区域

并执行V(sv)释放信号量，这时第二个进程就可以恢复执行。

三、Linux的信号量机制

Linux提供了一组精心设计的信号量接口来对信号进行操作，它们不只是针对二进制信号量，下面将会对这些函数进行介绍，但请注意，这些函数都是用来对成组的信号量值进行操作的。它们声明在头文件sys/sem.h中。

1、semget函数

它的作用是创建一个新信号量或取得一个已有信号量，原型为：

第一个参数key是整数值（唯一非零），不相关的进程可以通过它访问一个信号量，它代表程序可能要使用的某个资源，程序对所有

信号量的访问都是间接的，程序先通过调用semget函数并提供一个键，再由系统生成一个相应的信号标识符（semget函数的返回值），

只有semget函数才直接使用信号量键，所有其他的信号量函数使用由semget函数返回的信号量标识符。如果多个程序使用相同的key值，

key将负责协调工作。

第二个参数num_sems指定需要的信号量数目，它的值几乎总是1。

第三个参数sem_flags是一组标志，当想要当信号量不存在时创建一个新的信号量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。设置了

IPC_CREAT标志后，即使给出的键是一个已有信号量的键，也不会产生错误。而IPC_CREAT | IPC_EXCL则可以创建一个新的，唯

一的信号量，如果信号量已存在，返回一个错误。同时可以在创建的时候设置其权限,比如0x644。

semget函数成功返回一个相应信号标识符（非零），失败返回-1.

2、semop函数

它的作用是改变信号量的值，原型为：

sem_id是由semget返回的信号量标识符，sembuf结构的定义如下：

[cpp] view plain copy

 print?

1. struct sembuf{  
2.     short sem_num;//信号量的个数
3.     short sem_op;//信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P（等待）操作，  
4.                     //一个是+1，即V（发送信号）操作。  
5.     short sem_flg;//通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，  
6.                     //并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量  
7. };  

3、semctl函数

该函数用来初始化或者删除信号量信息，它的原型为：

如果有第四个参数，它通常是一个union semum结构，定义如下：

前两个参数与前面一个函数中的一样，command通常是下面两个值中的其中一个

SETVAL：用来把信号量初始化为一个已知的值。p 这个值通过union semun中的val成员设置，其作用是在信号量第一次使用前对它进行设置。

IPC_RMID：用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符。

查看信号量：

ipcs -s

删除信号量：

ipcrm -s sem_id（信号量id）

程序代码：

comm.h（头文件）

comm.c

测试文件1（不使用信号量）

#include "comm.h"

int main()

{

    //int sem_id = create_sem_set(1);

    //init_sem_set(sem_id,0,1);

    pid_t id =fork();

    if(id < 0)

    {   

        perror("fork");

        return -1; 

    }   

    if(id == 0)

    {   

        //child

    //  int c_sem_id  = get_sem_set();

        while(1)

        {   

            //P(c_sem_id,0);

            printf("A");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%12345);

            printf("A");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%12354);

            //V(c_sem_id ,0);

        }   

    }   

    else

    {   

        //father

        while(1)

        {   

            //P(sem_id,0);

            printf("B");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%123455);

            printf("B");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%123564);

            //V(sem_id ,0);

        }

        wait(NULL);

        //destory_sem_set(sem_id);

    }

    return 0;

}

运行效果图

测试文件2（使用信号量）

#include "comm.h"

int main()

{

    int sem_id = create_sem_set(1);

    init_sem_set(sem_id,0,1);

    pid_t id =fork();

    if(id < 0)

    {   

        perror("fork");

        return -1; 

    }   

    if(id == 0)

    {   

        //child

     int c_sem_id  = get_sem_set();

        while(1)

        {   

            P(c_sem_id,0);

            printf("A");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%12345);

            printf("A");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%12354);

            V(c_sem_id ,0);

        }   

    }   

    else

    {   

        //father

        while(1)

        {   

            P(sem_id,0);

            printf("B");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%123455);

            printf("B");

            fflush(stdout);

            usleep(rand()%123564);

            V(sem_id ,0);

        }

        wait(NULL);

        destory_sem_set(sem_id);

    }

    return 0;

}

运行效果图

六、信号量的总结

信号量是一个特殊的变量，程序对其访问都是原子操作，且只允许对它进行等待（即P(信号变量))和发送（即V(信号变量))信息操作。我们通常通过信号来解决多个进程对同一资源的访问竞争的问题，使在任一时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区域，也可以说它是协调进程间的对同一资源的访问权，也就是用于同步进程的。

若通过kill命令把其中一个进程杀死，且该进程还没有执行V操作释放资源。若使用SEM_UNDO标志，则操作系统将自动释放该进程持有的信号量，从而使得另外一个进程可以继续工作。若没有这个标志，另外进程将P操作永远阻塞。

因此，一般建议使用SEM_UNDO标志。

注意：

     1、在System V标准中创建和初始化分离，一定要初始化否则会引发错误。

2、System V可以一次创建多个信号量，称为信号量集，用数组的下标来访问，初始化时可以批量化的操作。

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原文地址：http://blog.csdn.net/leetcode8023/article/details/52021201