进程间通信之systemV信号量（semget semop semctl相关操作）

我就是我 2022-05-13 22:24 159阅读 0赞

# 一、什么是信号量？ #

信号量的本质就是计数器，记录临界资源的数目，用来协助进程同步互斥的访问临界资源。为什么不在进程中定义一个全局变量作为计数器呢？两个进程间的地址空间是各自独立的，各自有各自的虚拟内存空间。多进程之间不能看到各自进程中的全局变量。（进程间的虚拟内存[https://blog.csdn.net/jane\_yao/article/details/81635979][https_blog.csdn.net_jane_yao_article_details_81635979]）既然多个进程都能对信号量进行操作，那信号量本身也是临界资源。

因为信号量本身也是临界资源，所以对信号量的增加减少操作是原子的PV操作（不可中断的）。

# 二、信号量的操作 #

systemV版本的信号量申请时是以信号量集为单位申请的 ，P操作为申请资源（资源数目减一）V操作释放资源（资源数目加一）申请不到资源就挂起等待。

1.创建： int semget(key\_t key, int nsems, int semflg)

参数1key用ftok获取key\_t ftok(const char \*pathname, int proj\_id)参数2所申请信号量集中的元素的个数，最少申请一个参数3为创建IPC\_CREAT  | IPC\_EXCL。返回值是创建的信号集标号。

2.初始化/删除：初始化和删除都是用的是 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

参数1对标号semid的信号集操作，参数2信号集中下标为semnum的信号量进行设置，参数三创建时使用SETVAL删除时就直接使用IPC\_RMID，初始化时有可变参数初始化就自己定义联合体

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) \*/

\};SETVAL）

其中int val表示初始化时设置为几。

3.PV操作：int semop(int semid, struct sembuf \*sops, unsigned nsops);

参数1对标号semid的信号量集进行操作，参数2信号量集中可能有多个信号量所以使用了系统自带的结构体sembuf

系统自带的sembuf的内容为

unsigned short sem\_num; /\* semaphore number \*/ //对哪个信号量进行操作 ，信号量在数组中的下标

short sem\_op; /\* semaphore operation \*/ //-1为P操作1为V操作

short sem\_flg; /\* operation flags \*/ //默认设置为0

参数3信号操作结构的数量，就是1

# 三、使用函数创建二元信号量实现互斥锁 #

创建两个进程，子进程打印C父进程打印P

1 #include <stdio.h>                                                                                                   
      2 #include <unistd.h>                                                                                                  
      3 #include <sys/types.h>                                                                                               
      4 #include <sys/ipc.h>                                                                                                 
      5 #include <sys/sem.h>                                                                                                 
      6 #define PATH_NAME "/tmp"                                                                                             
      7 #define PROJ_ID 0x5555                                                                                               
      8                                                                                                                      
      9 union semun {                                                                                                        
     10     int val;    /* Value for SETVAL */                                                                               
     11     struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */                                                      
     12     unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */                                                          
     13     struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO                                                                  
     14     (Linux-specific) */                                                                                              
     15 };                                                                                                                   
     16 //初始化的flg为SETVAL,后为自己定义的联合体,联合体的值为要设置的值                                                    
     17 void initSem(int semid, int  num,int val)                                                                            
     18 {                                                                                                                    
     19   union semun arg; 
     20   arg.val = val;                                                                                                     
     21   semctl(semid,num,SETVAL,arg);                                                                                      
     22 }                                                                                                                    
     23                                                                                                                      
     24 static void PV(int semid,int num,int op)                                                                             
     25 {                                                                                                                    
     26   struct sembuf _sf;                                                                                                 
     27   _sf.sem_num = num;                                                                                                 
     28   _sf.sem_op = op;                                                                                                   
     29   _sf.sem_flg = 0;                                                                                                   
     30   semop(semid,&_sf,1);                                                                                               
     31 }                                                                                                                    
     32 void P(int semid,int num)                                                                                            
     33 {                                                                                                                    
     34   PV(semid,num, -1);                                                                                                 
     35 }                                                                                                                    
     36                            
     37 void V(int semid,int num)                                                                                            
     38 {                                                                                                                    
     39   PV(semid,num, 1);                                                                                                  
     40 }                                                                                                                    
     41                                                                                                                      
     42 int main()                                                                                                           
     43 {                                                                                                                    
     44   key_t k = ftok(PATH_NAME,PROJ_ID);                                                                                 
     45   if(k<0)                                                                                                            
     46   {                                                                                                                  
     47     printf("ftok error\n");                                                                                          
     48     return 1;                                                                                                        
     49   }                                                                                                                  
     50   int semid = semget(k,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);                                                                   
     51   if(semid<0) 
     52   {                                                                                                                  
     53     return 2;                                                                                                        
     54   }                                                                                                                  
     55   sleep(5);                                                                                                          
     56   //初始化和删除都用到semctl，参数不同                                                                               
     57   //初始化时可变参数列表传结构体                                                                                     
     58   initSem(semid,0,1);//对信号集中下标为0的信号进行初始化，二元信号量所以最后一个参数为1                              
     59   //PV操作                                                                                                           
     60   pid_t id = fork();                                                                                                 
     61   if(id == 0)                                                                                                        
     62   {                                                                                                                  
     63     //child                                                                                                          
     64     while(1)                                                                                                         
     65     {                                                                                                                
     66       P(semid,0);                                                                                                    
     67       //打A时不能被干扰，实现互斥操作                                                                                
     68       printf("C");                                                                                                   
     69       usleep(12345);                                                                                                 
     70       fflush(stdout); 
     71       printf("C ");                                                                                                  
     72       usleep(32456);                                                                                                 
     73       fflush(stdout);                                                                                                
     74       V(semid,0);                                                                                                    
     75     }                                                                                                                
     76   }                                                                                                                  
     77   else                                                                                                               
     78   {                                                                                                                  
     79     while(1)                                                                                                         
     80     {                                                                                                                
     81       P(semid,0);                                                                                                    
     82       printf("P");                                                                                                   
     83       usleep(10323);                                                                                                 
     84       fflush(stdout);                                                                                                
     85       printf("P ");                                                                                                  
     86       usleep(34252);                                                                                                 
     87       fflush(stdout);                                                                                                
     88       V(semid,0); 
     89     }                                                                                                                
     90   }                                                                                                                  
     91   //删除                                                                                                             
     92  semctl(semid,0,IPC_RMID);                                                                                           
     93 }

如果不加互斥锁则打印出的结果为：

![70][]

可以看到打印P的进程可能会被打断，去打印C

加入互斥锁之后结果为：

![70 1][]

就是想要的结果啦~

# 四、一些注意事项 #

和消息队列、共享内存一样生命周期随内核，进程结束不能自动释放必须使用ipcrm或者在程序末尾调用semctl.

POSIX信号量和systemV信号量作用相同，都是用于同步操作，但是POSIX可以用于线程间同步

为了解决进程间通信问题引入了临界资源，多个线程对临界资源的访问又会产生问题，为了保护临界资源引入了同步与互斥机制，为了实现同步与互斥引入信号量（进程中）、互斥锁（mutex\_lock线程中）。

[https_blog.csdn.net_jane_yao_article_details_81635979]: https://blog.csdn.net/jane_yao/article/details/81635979
[70]: /images/20220514/94721c05937740c9bf41ad8ae43efffd.png
[70 1]: /images/20220514/2a76d3a3d385494fb6d9b309cfa748eb.png