信号量实现的是课堂上“操作系统原理”里提到的经典PV操作

即：

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semaphore s = 1;
...
P(s);
critical code (临界区)
V(s);
...

信号量可以近似理解为博物馆里的互动体验区：

体验区有一个初始的机器数；

每来一个人，机器数就减少1；

每离开一个人，机器数就加1；

当机器数降到0时，新来的人就必须等待有人离开才能得到机器；

与互动体验区不同的是，信号量通常用来实现串行机制，因此初始数量通常是1。这样被信号量保护的一小段代码在同一时间就只能被一个线程执行。

linux里使用信号量需要三个函数

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#include
#include
#include
// 创建信号量
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
// 控制信号量
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
// 实现PV操作
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

创建信号量

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

key：自定义一个整数。这个参数类似open函数的第一个参数，由调用者指定一个“文件名”。

nsems：要初始化多少个信号量，通常设为1。

semflg：这个参数也和open函数类似。支持权限和IPC_CREAT以及IPC_EXCL

IPC_CREAT表示要创建一个信号量，但是如果信号量已经存在了也不会报错。

IPC_EXCL和IPC_CREAT一起使用时，如果信号量已经存在就会报EEXIST。

通常可以将semflg设为IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666等

例子

#include

int init_sem(int key, int val)

{

int id = semget((key_t)key, 1, IPC_CREAT|0666|IPC_EXCL);

if(id < 0)

{

if(errno == EEXIST)

{

printf("sem %d exists ... ", key);

if((id = semget((key_t)key, 1, 0)) > 0)

printf("get existed sem %d.\n", key);

}

else

{

printf("new sem %d created.\n", key);

}

return id;

}

int main()

{

int pid = getpid();

printf("pid %d started\n", pid);

int semid = init_sem(9999, 1);

printf("sem id %d\n", semid);

}

程序指定key为9999，这个是随意的。

第一次执行时，用“IPC_CREAT|0666|IPC_EXCL ”可以成功，会提示创建成功。

[root@server2 sem]# ./a

pid 5273 started

new sem 9999 created.

sem id 360451

此时用ipcs -s可以看到创建的信号量。即使程序推出了，这个信号量也会留在系统里。

------ Semaphore Arrays --------

key semid owner perms nsems

0x00000000 0 root 600 1

0x00000000 32769 root 600 1

0x1d00b184 163842 oracle 640 154

0x0000270f 360451 root 666 1

再次执行程序时，由于指定的是相同的key，系统会发现已经存在这个信号量了。

[root@server2 sem]# ./a

pid 5319 started

sem 9999 exists ... get existed sem 9999.

sem id 360451

控制信号量

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

semid：有semget返回的id

semnum：由semid指向的第几个信号量。由于semid是唯一标识，因此semnum通常是0，也就是第1个。

cmd：进行何种操作。支持的操作比较多，常用的有：

GETVAL：设置信号量的值，semctl(sem_id, 0, GETVAL);

IPC_RMID：删除信号量，semctl(sem_id, 0, IPC_RMID);

SETVAL：设置信号量的值，这个需要用到semctl的第四个参数

第四个参数是一个union，根据cmd不同赋不同的值。

要使用第四个参数，需要先自定义这个union

#ifndef _SEMUN_H

#define _SEMUN_H

union semun

{

int val; // value for SETVAL

struct semid_ds *buf; // buffer for IPC_STAT & IPC_SET

unsigned short int *array; // array for GETALL & SETALL

struct seminfo *__buf; // buffer for IPC_INFO

};

#endif

然后就可以SETVAL了：

union semun sem_union;

sem_union.val = 1;

semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union);

实现PV操作

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

semid：semget返回的id。

sops：要进行的操作的地址。是个数组，但通常只有一个元素。

nsops：要进行几项操作，通常都是1。

描述操作的结构体：

struct sembuf

{

unsigned short int sem_num; /* semaphore number */

short int sem_op; /* semaphore operation */

short int sem_flg; /* operation flag */

};

其中：

sem_num是这个元素在数组里的下表，只有一个就写0。

sem_op是要给信号量加或减多少。

sem_flg通常设置为SEM_UNDO，这样当系统异常退出，系统可以回退进程对信号量的操作。

简单的PV操作

int sem_p(int id)

{

struct sembuf buf = {0, -1, SEM_UNDO};

return semop(id, &buf, 1);

}

int sem_v(int id)

{

struct sembuf buf = {0, 1, SEM_UNDO};

return semop(id, &buf, 1);

}

完整例子

#include

#ifndef _SEMUN_H

#define _SEMUN_H

union semun

{

int val; // value for SETVAL

struct semid_ds *buf; // buffer for IPC_STAT & IPC_SET

unsigned short int *array; // array for GETALL & SETALL

struct seminfo *__buf; // buffer for IPC_INFO

};

#endif

int init_sem(int key, int val)

{

int id = semget((key_t)key, 1, IPC_CREAT|0666|IPC_EXCL);

if(id < 0)

{

if(errno == EEXIST)

{

printf("sem exists ... ");

if((id = semget((key_t)key, 1, 0)) > 0)

{

printf("get existed sem %d ", id);

int ret = semctl(id, 0, GETVAL);

printf("with value %d\n", ret);

}

else

{

printf("new sem %d created ... ", id);

union semun sun;

sun.val = val;

int ret = semctl(id, 0, SETVAL, sun);

if(ret == 0)

{

printf("initial value %d.\n", val);

}

else return ret;

}

return id;

}

int sem_p(int id)

{

struct sembuf buf = {0, -1, SEM_UNDO};

return semop(id, &buf, 1);

}

int sem_v(int id)

{

struct sembuf buf = {0, 1, SEM_UNDO};

return semop(id, &buf, 1);

}

int getsem(int id)

{

return semctl(id, 0, GETVAL);

}

int main()

{

int pid = getpid();

printf("pid %d started\n", pid);

int semid = init_sem(9999, 1);

if(semid < 0)

{

printf("%s\n", strerror(errno));

}

char c = 0;

while(1)

{

if((c = getchar()) == 'q') return 1;

printf("sem value = %d. P ... ", getsem(semid));

sem_p(semid);

printf("ok, sem value = %d.\n", getsem(semid));

if((c = getchar()) == 'q') return 1;

printf("sem value = %d. V ... ", getsem(semid));

sem_v(semid);

printf("ok, sem value = %d.\n", getsem(semid));

}

使用方法

开两个shell

shell 1

[root@server2 sem]# ./a

pid 5800 started

new sem 458755 created ... initial value 1.

shell 2

[root@server2 sem]# ./a

pid 5803 started

sem exists ... get existed sem 458755 with value 1

shell 1

按回车

sem value = 1. P ... ok, sem value = 0.

shell 2

按回车，陷入等待

shell 1

再按回车

sem value = 0. V ... ok, sem value = 0.

shell 2

此时P操作完成，显示

sem value = 0. P ... ok, sem value = 0.

最后，不管两个进程是什么状态，推出后系统都会回退进程所做的操作。信号量变回1。

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