Linux中的System V信号量

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在进程同步，并发运行时，保证按序地访问共享资源是十分重要的。因此引入了临界区的概念，一次只能有一个线程进入临界区完成他的指令。而信号量(semaphore)的作用，类似于一个交通信号灯，它负责进程协作，因此信号量又称为信号灯。

在Linux系统中，它提供两种信号量：

内核信号量 ，由内核控制路径使用
用户态进程使用的信号量 ，这种信号量有两种接口， POSIX 信号量和 SYSTEM V 信号量。

信号量的本质是一个计数器。一个较为常见的用法，是为每个资源都会分配一个信号量。记信号量为S，除了初始化之外，有两个标准原子操作： wait() 和 signal() 。

System V信号量接口

semget

创建一个新信号量或取得一个已有信号量
```
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
```
key 是一个整数值（唯一非零），可以理解成是信号量的标识符。

num_sems 指定了需要的信号量数目，通常为1。

sem_flags 是一组标志，当创建一个新的信号量时，设定权限与值 IPC_CREAT 做按位或操作。设置了 IPC_CREAT 标志后，即使给出的键是一个已有信号量的键，也不会产生错误。而 IPC_CREAT | IPC_EXCL 则可以创建一个新的，唯一的信号量，如果信号量已存在，返回一个错误。

函数成功返回一个相应信号标识符（非零），失败返回 -1 。
semctl

直接控制信号量信息
```
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);
```
第二个参数是操作信号在信号集中的编号，第一个信号的编号是 0 。

第三个参数 command 通常是下面两个值中的其中一个：

SETVAL ：用来把信号量初始化为一个已知的值。

IPC_RMID ：用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符。

如果有第四个参数，它通常是一个 union semum 结构，定义如下：
```
union semun

{

    int val;

    struct semid_ds *buf;

    unsigned short *arry;

};
```

semop

改变信号量的值

int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);

sem_id 是由 semget 返回的信号量标识符， sembuf 结构的定义如下：

struct sembuf{

    short sem_num;//除非使用一组信号量，否则为0

    short sem_op;//信号量在一次操作中需要改变的数据，-1即P（等待）操作，+1即V（发送信号）操作。

    short sem_flg;//通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量

};

进程同步实例

无信号量实例

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main()

{

	pid_t pid;

	pid = fork();

	srand(pid);

	if(pid > 0) // parent process

	{

		char a = 'A'; // char to print

		for(int i = 0; i < 10; ++i)

		{

			printf("%c", a);

			fflush(stdout); // flush stdout buffer

			sleep(1);

			printf("%c", a);

			fflush(stdout);

			sleep(1);

		}

	}

	else // child process

	{

		char b = 'B';

		for(int i = 0; i < 10; ++i)

		{

			printf("%c", b);

			fflush(stdout);

			sleep(1);

			printf("%c", b);

			fflush(stdout);

			sleep(1);

		}

	}

	printf("\n%d - finished\n", getpid());

	sleep(3);

	return 0;

}

运行结果

有信号量实例

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/sem.h>

#define SEMKEY 0x00002222 // set a key for semaphore

union semun // union for semaphore

{

	int val;

	struct semid_ds *buf;

	unsigned short  *array;

};

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

struct sembuf v = { 0, +1, SEM_UNDO};

int main()

{

	int sem_id = semget(SEMKEY, 1, 0666 | IPC_CREAT); // get semaphore  

	union semun sem_union;

	sem_union.val = 1;

	if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) < 0)

	{

		perror("semctl error");

		return -1;

	}

	int pid;

	pid = fork();

	srand(pid);

	if(pid > 0) // parent process

	{

		char a = 'A'; // char to print

		for(int i = 0; i < 10; ++i)

		{

			if(semop(sem_id, &p, 1) < 0) // P operation

			{

				perror("semop p error");

				return -1;

			}

			printf("%c", a);

			fflush(stdout); // flush stdout buffer

			sleep(1);

			printf("%c", a);

			fflush(stdout);

			if(semop(sem_id, &v, 1) < 0) // V operation

			{

				perror("semop v error");

				return -1;

			}

			sleep(1);

		}

	}

	else // child process

	{

		char b = 'B'; // char to print

		for(int i = 0; i < 10; ++i)

		{

			if(semop(sem_id, &p, 1) < 0) // P operation

			{

				perror("semop p error");

				return -1;

			}

			printf("%c", b);

			fflush(stdout); // flush stdout buffer

			sleep(1);

			printf("%c", b);

			fflush(stdout);

			if(semop(sem_id, &v, 1) < 0) // V operation

			{

				perror("semop v error");

				return -1;

			}

			sleep(1);

		}

	}

	printf("\n%d - finished\n", getpid());

	sleep(3);

	if (pid > 0)

	{

		system("ipcrm -S 0x00002222");

	}

	return 0;

}