linuxc-信号量
信号灯（semaphore），也叫信号量，它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。
信号灯种类：
1. posix 有名信号灯 （见 posix信号量的应用–生产者-消费者）
2. posix 基于内存的信号灯（无名信号灯 见 posix信号量的应用–生产者-消费者）
3. System V 信号灯 （IPC对象，以下主要说明）；
信号灯：
1. 二值信号灯：值为 0 或 1。与互斥锁类似，资源可用时值为1，不可用时值为 0；
2. 计数信号灯：值在 0 到 n 之间。用来统计资源，其值代表可用资源数；
等待操作时等待信号灯的值变为大于0，然后将其减一；而释放操作则相反，用来唤醒等待资源的进程或者线程；
System V 信号量
详情见《unix环境高级编程》15.8小节
在Linux 系统中，使用信号量通常分为以下几个步骤：
- 创建信号量或获得系统已存在的信号量，此时需要调用 semget() 函数。不同进程通过使用同一个信号键值来获得同一个信号量；
- 初始化信号量，此时使用 senctl() 函数的 SETVAL 操作。当使用二维信号量时，通常将信号量初始化为1；
- 进行信号量的PV操作，此时调用 semop() 函数。这一步是实现进程之间的同步和互斥的核心工作部分；
如果不需要信号量，则从系统中删除它，此时使用semctl() 函数的IPC_RMID 操作。此时需要注意，在程序中不应该出现对已经被删除的信号量的操作；
#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> /*创建或打开信号量集 key ：和信号灯集关联的key 值 nsems：信号灯集中包含的信号灯数目 semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREAT|0666 返回值：成功，信号灯集ID 出错，-1 */ int semget(key_t key, int nsems, int semflg ); /*信号量集的控制 semid：信号灯集ID semnum：要修改的信号灯编号 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) }; cmd ：GETVAL：获取信号灯的值 SETVAL：设置信号灯的值 IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合 返回值：成功，0 出错，-1 */ int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg); /*对信号量集的操作 semid：信号灯集ID struct sembuf 结构体每一个元素表示一个操作； struct sembuf { unsigned short sem_num; //要操作的信号灯的编号 short sem_op; // 0: 等待，知道信号灯的值变为0 // 1: 释放资源，V操作 // -1: 分配资源，P操作 short sem_flg; //0，IPC_NOWAIT,SEM_UNDO } nops：要操作的信号灯的个数 返回值：成功，0 出错，-1 */ int semop(int semid,struct sembuf *opsptr，size_t nops);
示例
还是之前POSIX信号量的生产者和消费者，使用的是system V的信号量实现
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <signal.h>
#define MYFIFO "myfifo"
#define BUFFER_SIZE 3
#define UNIT_SIZE 5
#define RUN_TIME 30
#define DELAY_TIME_LEVELS 5
#define MUTEX 0
#define FULL 1
#define AVAIL 2
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
};
void *producer(void *arg);//生产者
void *customer(void *arg);//消费者
int fd, semid;
time_t end_time;
int p(int semid, int semnum)
{
struct sembuf sops = {semnum, -1, SEM_UNDO};
return semop(semid, &sops, 1);
}
int v(int semid, int semnum)
{
struct sembuf sops = {semnum, +1, SEM_UNDO};
return semop(semid, &sops, 1);
}
void * signal_set(int signo, void (*func)(int))
{
int ret;
struct sigaction sig;
struct sigaction osig;
sig.sa_handler = func;
sigemptyset(&sig.sa_mask);
sig.sa_flags = 0;
#ifdef SA_RESTART
sig.sa_flags |= SA_RESTART;
#endif
ret = sigaction(signo, &sig, &osig);
if (ret < 0)
return SIG_ERR;
else
return osig.sa_handler;
}
void sigint(int sig)
{
unlink(MYFIFO);
semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0);
semctl(semid, 1, IPC_RMID, 0);
semctl(semid, 2, IPC_RMID, 0);
exit(sig);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
int ret, key;
union semun arg;
pthread_t thrd_prd_id,thrd_cst_id;
signal_set(SIGINT, sigint);//使用信号处理异常，防止程序异常退出，某些资源没有回收
signal_set(SIGTERM, sigint);
signal_set(SIGQUIT, sigint);
signal_set(SIGKILL, sigint);
srand(time(NULL));
end_time = time(NULL) + RUN_TIME;
//创建管道
if ((mkfifo(MYFIFO, 0644) < 0) && (errno != EEXIST)) {
fprintf(stderr, "mkfifo error!");
exit(-1);
}
//打开管道
fd = open(MYFIFO, O_RDWR);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "open fifo error");
goto err1;
}
//系统创建IPC通讯(消息队列、信号量、共享内存)时必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过ftok函数得到。
key = ftok("/tmp", 0x66);
if (key < 0) {
fprintf(stderr, "ftok key error");
goto err1;
}
//创建了三个信号量
semid = semget(key, 3, IPC_CREAT | 0600);
if (semid == -1) {
fprintf(stderr, "create semget error");
goto err1;
}
//对信号量设置初始值
arg.val = 1;
ret = semctl(semid, MUTEX, SETVAL, arg);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "ctl sem error");
semctl(semid, MUTEX, IPC_RMID, arg);
goto err2;
}
arg.val = BUFFER_SIZE;
ret = semctl(semid, AVAIL, SETVAL, arg);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "ctl sem error");
semctl(semid, AVAIL, IPC_RMID, arg);
goto err2;
}
arg.val = 0;
ret = semctl(semid, FULL, SETVAL, arg);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "ctl sem error");
semctl(semid, FULL, IPC_RMID, arg);
goto err2;
}
//取信号量的值
ret = semctl(semid, 0, GETVAL, arg);
printf("after semctl setval sem[0].val = [%d]\n", ret);
ret = semctl(semid, 1, GETVAL, arg);
printf("after semctl setval sem[1].val = [%d]\n", ret);
ret = semctl(semid, 2, GETVAL, arg);
printf("after semctl setval sem[2].val = [%d]\n", ret);
//创建两个线程
ret = pthread_create(&thrd_prd_id, NULL, producer, NULL);
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "producer pthread_create error");
goto err2;
}
ret = pthread_create(&thrd_cst_id, NULL, customer, NULL);
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "customer pthread_create error");
goto err2;
}
pthread_join(thrd_prd_id, NULL);
pthread_join(thrd_cst_id, NULL);
close(fd);
err2:
semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0);
semctl(semid, 1, IPC_RMID, 0);
semctl(semid, 2, IPC_RMID, 0);
err1:
unlink(MYFIFO);
return 0;
}
void *producer(void *arg)
{
int real_write;
int delay_time;
while (time(NULL) < end_time) {
delay_time = rand()%DELAY_TIME_LEVELS;
sleep(delay_time);
//p操作
if (p(semid, AVAIL) < 0) {
fprintf(stderr, "p operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
if (p(semid, MUTEX) < 0) {
fprintf(stderr, "p operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
printf("\nproducer have delayed %d seconds\n", delay_time);
//生产者写入数据 执行的操作
if (-1 == (real_write = write(fd, "hello", UNIT_SIZE))) {
if (errno == EAGAIN) {
printf("The buffer is full, please wait for reading!\n");
}
} else {
printf("producer writes %d bytes to the FIFO\n", real_write);
}
//v操作
if (v(semid, FULL) < 0) {
fprintf(stderr, "v operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
if (v(semid, MUTEX) < 0) {
fprintf(stderr, "v operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
void *customer(void *arg)
{
unsigned char read_buffer[UNIT_SIZE];
int real_read;
int delay_time;
while (time(NULL) < end_time) {
delay_time = rand()%DELAY_TIME_LEVELS;
sleep(delay_time);
if (p(semid, FULL) < 0) {
fprintf(stderr, "p operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
if (p(semid, MUTEX) < 0) {
fprintf(stderr, "p operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
memset(read_buffer, 0, UNIT_SIZE);
printf("\nCustomer have delayed %d seconds\n", delay_time);
//消费 操作
if (-1 == (real_read = read(fd, read_buffer, UNIT_SIZE))) {
if (errno == EAGAIN) {
printf("The buffer is empty, please wait for writing!\n");
}
} else {
printf("customer reads %d bytes from the FIFO\n", real_read);
}
if (v(semid, AVAIL) < 0) {
fprintf(stderr, "v operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
if (v(semid, MUTEX) < 0) {
fprintf(stderr, "v operate error");
kill(0, SIGQUIT);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
