Linux中的信号量

目次

信号量概念
界说
操作
范例
应用
信号量封装
一、创建信号量
头文件
函数原型
参数说明
返回值
示例
二、设置信号量初始值
头文件
函数原型
参数解释
返回值
示例
三、信号量的P操作
头文件
函数原型
参数解释
返回值
示例
四、信号量的V操作
示例

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信号量概念

   界说

          信号量是一种用于多历程 / 线程同步的整数变量，用于控制对共享资源的访问。凡是遇到内存操作就可以实现加锁。
  操作

          P 操作：信号量值减 1，若值小于 0 则历程壅闭，否则继承实验。
          V 操作：信号量值加 1，如有历程壅闭则叫醒一个。
  范例

          二进制信号量：值为 0 或 1，用于互斥访问。        
          ​​​​​计数信号量：值为非负整数，控制多资源访问。
  应用

          互斥访问：确保同一时间只有一个历程 / 线程访问共享资源。
          资源管理：控制对多个雷同资源的并发访问。
          历程同步：包管历程或线程按顺序实验。
  信号量封装

   1、创建/获取信号量
  2、设置初始值，一样平常为1
  3、P操作
  4、V操作
  一、创建信号量

        semctl 是一个在 Unix 和类 Unix 系统中用于控制信号量集的系统调用函数。
头文件

1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/ipc.h>
3. #include <sys/sem.h>

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函数原型

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

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参数说明

           key：唯一标识。
          nsems：要创建的信号量会合信号量的数量。
         semflg：标志位，用于指定创建信号量集的权限和其他选项。它可以是以下值的组合：           
                  IPC_CREAT：如果信号量集不存在，则创建它。
                  IPC_EXCL：与 IPC_CREAT 一起使用，如果信号量集已经存在，则返回错误。
                  权限标志（如 0666）：指定信号量集的访问权限。
  返回值

        成功时，返回一个非负整数，即信号量集的标识符（semaphore identifier），后续的信号量操作将使用这个标识符。
        失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误范例。
示例

1. int sem_create(key_t key, int num_sems)
2. {
3.         int res = 0;
4.         res = semget(key, num_sems, IPC_CREAT | 0666);
5.         if (res < 0)
6.         {
7.                 perror("semget error");
8.         }
9.         return res;
10. }

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二、设置信号量初始值

        semctl 是类 Unix 系统中用于控制信号量集的一个系统调用，借助它可以或许对信号量集进行多种操作，比方设置信号量的值、获取信号量的值、删除信号量集等。
头文件

1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/ipc.h>
3. #include <sys/sem.h>

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函数原型

1. int semctl(int semid, int semindex, int cmd, ...);

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参数解释

           semid：信号量集的标识符，由 semget 函数返回，用于指定要操作的信号量集。
          semindex：为第几个信号量设置值。
          cmd：要实验的命令，常见的命令如下：
                  SETVAL：把单个信号量的值设置为传入的参数值。
                  GETVAL：获取单个信号量的值。
                  SETALL：设置信号量会合全部信号量的值。
                  GETALL：获取信号量会合全部信号量的值。
                  IPC_RMID：删除信号量集。
          ...：这是可选参数，依据 cmd 的不同而有所不同。在使用 SETVAL 或 SETALL 时，需要传入对应的参数值。通常使用 union semun 范例的变量来传递该参数，union semun 的界说如下：

1. union semun
2. {
3.     int              val;    /* Value for SETVAL */
4.     struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
5.     unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
6.     struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
7.                                 (Linux-specific) */
8. };

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返回值

        成功时，依据 cmd 的不同返回不同的值。比方，GETVAL 命令返回信号量的值，IPC_RMID 命令成功时返回 0。
        失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误范例。
示例

1. union semun
2. {
3.         int              val;    /* Value for SETVAL */
4.         struct semid_ds* buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
5.         unsigned short* array;  /* Array for GETALL, SETALL */
6.         struct seminfo* __buf;  /* Buffer for IPC_INFO
7.                                                                 (Linux-specific) */
8. };
10. int sem_setval(int semid, int semindex, int val)
11. {
12.         union semun arg;
13.         arg.val = val;
14.         int res = semctl(semid, semindex, SETVAL, arg);
15.         if (res < 0)
16.         {
17.                 perror("semctl error");
18.         }
19.         return res;
20. }

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三、信号量的P操作

        semop 是类 Unix 系统中用于对信号量集进行操作的系统调用，它答应历程原子性地对一个或多个信号量进行改变，常用于实现历程间的同步和互斥。
头文件

1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/ipc.h>
3. #include <sys/sem.h>

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函数原型

1. int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

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参数解释

           semid：信号量集的标识符，由 semget 函数返回，用于指定要操作的信号量集。
          sops：一个指向 struct sembuf 范例数组的指针，struct sembuf 结构体界说了对信号量的详细操作，其结构如下：

1. struct sembuf
2. {
3.     unsigned short sem_num;  // 信号量集中信号量的编号，从 0 开始
4.     short          sem_op;   // 对信号量的操作值
5.     short          sem_flg;  // 操作标志
6. };

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        sem_num：指定要操作的信号量在信号量会合的编号。
          sem_op：表现对信号量的操作值，有以下几种情况：
                  若 sem_op 为正数，则表现释放相应数量的资源，信号量的值会增长 sem_op。
                  若 sem_op 为负数，则表现请求相应数量的资源，信号量的值会减少 sem_op。若信号量当前值小于 |sem_op|，则历程可能会壅闭，详细取决于 sem_flg。
                  若 sem_op 为 0，则表现等待信号量的值变为 0。
          sem_flg：操作标志，常用的标志有：
                  IPC_NOWAIT：若操作不能立刻实验，则不壅闭，直接返回错误。
                  SEM_UNDO：当历程停止时，系统会自动撤销该历程对信号量的操作。
          nsops：sops 数组中元素的个数，即要实验的操作数量。
  返回值

        成功时，返回 0。
        失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误范例。
示例

1. // 3、信号量的P操作
2. int sem_p(int semid, int semindex)
3. {
4.         int res = 0;
5.         struct sembuf buf = { semindex,-1,SEM_UNDO };
6.         res = semop(semid, &buf, 1);
7.         if (res < 0)
8.         {
9.                 perror("sem_p error");
10.         }
11.         return res;
12. }

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四、信号量的V操作

        v操作唯一的变化就是从-1变成+1
示例

1. // 4、信号量的V操作
2. int sem_v(int semid, int semindex)
3. {
4.         int res = 0;
5.         struct sembuf buf = { semindex,1,SEM_UNDO };
6.         res = semop(semid, &buf, 1);
7.         if (res < 0)
8.         {
9.                 perror("sem_p error");
10.         }
11.         return res;
12. }

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