Linux信号量详解

信号量

1、信号量和P、V原语

信号量和P、V原语由迪杰斯特拉提出

互斥：P、V在同一个进程中

同步：P、V在不同进程中

信号量值含义：

（1）S>0: S表示可用资源的个数。

（2）S=0：表示无可用资源，无等待进程。

（3）S<0: |S|表示等待队列中进程个数。

P原语：

P(s)
{
s.value = s.value--;
if(s.value < 0)
{
//该进程状态置为等待状态
//将该进程的PCB插入相应的等待队列s.queue末尾
}
}

V原语：

V(s)
{
s.value = s.value++;
if(s.value <= 0)
{
//唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程
//改变其状态为就绪态，并将其插入就绪队列
}
}

2、信号量集函数

//(1)semget函数
// 功能：用来创建和访问一个信号量集
//原型：
int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
//参数： key：信号集的名字
// nsems：信号集中信号量的个数
// semflg：由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
//返回值：成功返回0，失败返回-1
//（2）shmctl函数
// 功能：用于控制信号量集
//原型：
int semctl(int semid,int semnum,int cmd, ...);
//参数： semid：由semget返回的信号集标识码
// semnum：信号集中信号量的个数
// cmd：将要采取的动作（有三个可取值）
// 最后一个参数根据不同而不同
//返回值：成功返回0，失败返回-1
//（3）semop函数
//功能：用来创建和访问一个信号量集
//原型：
int semop(int semid,struct sembuf* sops,unsigned nsops);
//参数：
// semid：是该信号量的标识码
// sops：是个指向一个结构数值的指针
// nsops：信号量个数
//返回值：成功返回0，失败返回-1

3、实例代码

注：

sembuf结构体

struct sembuf{
short sem_num; //信号量的编号
short sem_op; //是信号量一次PV操作时加减的数值，一般只会有两个 -1(P操作) 或 +1（V操作）
short sem_flg; //有两个取值是IPC_NOWAIT或SEM_UNDO
}

//【comm.h】
#ifndef _COMM_H__
#define _COMM_H__
#include#include#include#include#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666
union semun
{
 int val;
 struct semid_ds* buf;
 unsigned short* array;
 struct seminfo* _buf;
};
int createSemSet(int nums);
int initSem(int semid,int nums,int initval);
int getSemSet(int nums);
int P(int semid,int who);
int V(int semid,int who);
int destorySemSet(int semid);
#endif
//【comm.c】
#include"comm.h"
static int commSemSet(int nums,int flags)
{
 key_t _key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
 if(_key<0)
 {
 perror("ftok");
 return -1;
 }
 int semid=semget(_key,nums,flags);
 if(semid<0)
 {
 perror("semget");
 return -2;
 }
 return semid;
}
int createSemSet(int nums)
{
 return commSemSet(nums,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}
int getSemSet(int nums)
{
 return commSemSet(nums,IPC_CREAT);
}
int initSem(int semid,int nums,int initval)
{
 union semun _un;
 _un.val=initval;
 if(semctl(semid,nums,SETVAL,_un)<0)
 {
 perror("semctl");
 return -1;
 }
 return 0;
}
static int commPV(int semid,int who,int op)
{
 struct sembuf _sf;
 _sf.sem_num=who;
 _sf.sem_op=op;
 _sf.sem_flg=0;
 if(semop(semid,&_sf,1)<0)
 {
 perror("semop");
 return -1;
 }
 return 0;
}
int P(int semid,int who)
{
 return commPV(semid,who,-1);
}
int V(int semid,int who)
{
 return commPV(semid,who,1);
}
int destorySemSet(int semid)
{
 if(semctl(semid,0,IPC_RMID)<0)
 {
 perror("semctl");
 return -1;
 }
 return 0;
}
//【sem_test.c】
#include"comm.h"
int main()
{
 int semid=createSemSet(1);
 printf("se=%d
",semid);
 initSem(semid,0,1);
 pid_t id=fork();
 if(id==0)
 {
 //child
 int _semid=getSemSet(0);
 printf("_semid=%d
",_semid);
 while(1)
 {
 P(_semid,0);
 printf("A");
 fflush(stdout);
 usleep(200000);
 printf("A ");
 fflush(stdout);
 usleep(200000);
 V(_semid,0);
 }
 }
 else
 {
 //father
 while(1)
 {
 P(semid,0);
 printf("B");
 fflush(stdout);
 usleep(200000);
 printf("B ");
 fflush(stdout);
 usleep(200000);
 V(semid,0);
 }
 wait(NULL);
 }
 destorySemSet(semid);
 return 0;
}

运行结果：

将comm.c封装成静态库：

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
a.out comm.c comm.h comm.o Makefile test_sem.c
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc -c comm.c -o comm.o 
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
a.out comm.c comm.h comm.o Makefile test_sem.c
生成静态库：
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ar -rc libmycomm.a comm.o
ar是gnu归档工具，rc表示（replace and create）
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ar -tv libmycomm.a
rw-rw-r-- 500/500 1676 May 4 21:16 2018 comm.o
t：列出静态库中的文件
v：verbose详细信息
在不调用静态库的情况下编译失败
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c
/tmp/ccvjqyzV.o: In function `main':
test_sem.c:(.text+0x11): undefined reference to `createSemSet'
test_sem.c:(.text+0x46): undefined reference to `initSem'
test_sem.c:(.text+0x66): undefined reference to `getSemSet'
test_sem.c:(.text+0x93): undefined reference to `P'
test_sem.c:(.text+0xf2): undefined reference to `V'
test_sem.c:(.text+0x108): undefined reference to `P'
test_sem.c:(.text+0x167): undefined reference to `V'
collect2: ld 返回 1
调用静态库
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c -L. -lmycomm -o comm
-L ：指定库路径
-l ：指定库名
测试目标文件生成后，删除静态库程序照样可以运行
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
comm comm.c comm.h comm.o libmycomm.a Makefile test_sem.c

将comm.c封装成动态库：

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
comm.c comm.h comm.o libmycomm.a Makefile test_sem.c
shared：表示生成共享库
fPIC：产生位置无关码
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc -fPIC -c comm.c
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc -shared -o libmycomm.so *.o
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
comm.c comm.h comm.o libmycomm.a libmycomm.so Makefile test_sem.c
调用动态库进行编译
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c -L. -lmycomm
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
a.out comm.c comm.h comm.o libmycomm.a libmycomm.so Makefile test_sem.c
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ./a.out
se=131074
B_semid=131074
B AA BB A^C
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$
//可以将 .so文件拷贝到系统共享库路径下，通常为 /usr/lib
将.so文件放到系统共享路径下调用时更简单
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c -lmycomm