嵌入式 Linux进程间通信之信号量

目录

一、信号量

1、信号量概述

2、什么是信号量 

3、信号量的分类

4、进程获取共享资源要执行的操作 

 5、System V IPC 机制：信号量

5.1 semget函数

5.2 semop函数

5.3 semctl函数

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一、信号量

1、信号量概述

信号量集：由若干个信号组成的集合；

信号量：是信号量集的一个元素；

每个信号量都有它的值：非负整数。

同时每一个信号量也有他在这个信号量集中的编号，就好比数组中的每一个元素都有标一样，数组下标从0开始，信号量也是从0开始；总结：信号量和数组很像。

2、什么是信号量 

  信号量(也叫信号灯)是一种用于提供不同进程间或一个给定进程的不同线程间同步手段的原 语。一般还用来对某个共享资源的进行访问控制。

  信号量是进程/线程同步的一种方式，有时候我们需要保护一段代码，使它每次只能被一个进 程/线程运行，这种工作就需要一个二进制开关;有时候需要限制一段代码可以被多少个进程/线 程执行，这就需要用到关于计数信号量。信号量开关是二进制信号量的一种逻辑扩展，两者实际 调用的函数都是一样。

3、信号量的分类

信号量分为以下三种:

1)System V 信号量，在内核中维护，可用于进程或线程间的同步，常用于进程的同步。

2)Posix 有名信号量，一种来源于 POSIX 技术规范的实时扩展方案(POSIX Realtime Extension) ,可用于进程或线程间的同步，常用于线程。

3)Posix 基于内存的信号量，存放在共享内存区中，可用于进程或线程间的同步。

4、进程获取共享资源要执行的操作 

为了获得共享资源,进程需要执行下列操作:
1)测试控制该资源的信号量。

2)若信号量的值为正，则进程可以使用该资源。然后将信号量值减 1，表示它使用了一个资

源单位。此进程使用完共享资源后对应的信号量应该加 1。以便其他进程使用。

3)若对信号量进行减一时，信号量的值为 0，则进程进入阻塞休息状态，直至信号量值大于 0。

进程被唤醒，返回第(1)步。
为了正确地实现信号量，信号量值的测试及减 1 操作应当是原子操作(原子操作是不可分割

的，在执行完毕不会被任何其它任务或事件中断)。为此信号量通常是在内核中实现的。

 5、System V IPC 机制：信号量

相关的函数的头文件如下：

#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>

5.1 semget函数

函数原型	int semget(key_t key,int nsems,int flag);
函数功能	创建一个信号量集或访问一个已存在的信号量集。
参数	1）key是唯一标识一个信号量的关键字。如果为IPC_PRIVATE（值为0，创建一个只有创建者进程才可以访问的信量， 示创建一个只由调用进程使用的信号量; 非 0 值的 key(可以通过 ftok 函数获得)表示创建一个可以被多个进程共享 的信号量。 2)nsems:需要使用的信号量数目。 如果是创建新集合，则必须指定 nsems。 如果引用一个现存的集合，则将 nsems 指定为 0。 3)flag:是一组标志，其作用与 open 函数的各种标志很相似。 A-它低端的九个位是该信号量的权限，其作用相当于文件的访问权限。 B-此外，它们还可以与键值 IPC_CREAT 按位或操作，以创建一个新的信号量。 C-即使在设置了 IPC_CREAT 标志后给出的是一个现有的信号量的关键字，也并 不是一个错误。 D-我们也可以通过 IPC_CREA 和 IPC_EXCL 标志的联合使用确保自己将创建的一个新的独一无二的信号量来，如果该信号量已经存在，那么就返回一个错误；
返回值	成功时，返回一成为信号量集标识符的整数，semop和semct会使用它；出错时，返回-1；

5.2 semop函数

第二个参数详细说明：

sops:指向一个结构体数组的指针。可以指向单个或者多个结构体变量。每个数组元素至少包

含以下几个成员；

这段话很关键，他可以一次对一个信号量进行操作，此时数组长度为1，也可以一次多个信号量。如果一次操作多个信号量，每个信号量按照这个数组的各个元素执行的编号和值进行可操作。

5.3 semctl函数

函数原型	int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);
函数功能	用来直接控制信号量信息
参数	semid :由 semget 返回的信号量标识符。 semnum :要进行操作的集合中信号量的编号，当要操作到成组的信号量时，从 0 开 始。一般取值为 0，表示这是第一个也是唯一的一个信号量。 cmd 为执行的操作。 arg 是一个 union semun 类型(具体的需要由程序员自己定义)。
返回值	成功返回0，失败返回-1

实例：编写一个关于信号量的直观易懂的程序：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdlib.h>
union semun {
};
/* Value for SETVAL *//* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */ struct seminfo *__buf;
void sem_wait(int semid)
{
struct sembuf sem; sem.sem_num=0; sem.sem_op= -1; sem.sem_flg=SEM_UNDO; semop(semid,&sem,1);
}
void sem_post(int semid) //信号量释放
{struct sembuf sem;sem.sem_num=0;sem.sem_op= 1;sem.sem_flg=SEM_UNDO;semop(semid,&sem,1);
}
int main() {
int semid;
//信号量获取
//信号量释放
pid_t id;
union semun sem_un;
semid=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|0666);
if(semid==-1){printf("error:semid\n");
return -1;}
sem_un.val = 3;
semctl(semid,0,SETVAL,sem_un); //通过 semctl 给信号量赋初值 while(1)
{
sem_wait(semid); //等待获取信号量，如果有就往下执行，如果没有就等待 printf("helllo world\n"); //观察是否打印了三次
sleep(1);
}
return 0; }