Linux下進(jìn)程通訊之信號(hào)量集

Linux下進(jìn)程通訊之信號(hào)量集

1.簡(jiǎn)介

?信號(hào)量集,就是由多個(gè)信號(hào)量組成的一個(gè)數(shù)組。 作為一個(gè)整體， 信號(hào)量集中所有的信號(hào)量使用同一個(gè)等待隊(duì)列。 Linux 的信號(hào)量集為進(jìn)程請(qǐng)求多個(gè)資源創(chuàng)造了條件。 Linux 規(guī)定， 當(dāng)進(jìn)程的一個(gè)操作需要多個(gè)共享資源時(shí)， 如果只成功獲得了其中部分資源， 那么這個(gè)請(qǐng)求即告失敗， 進(jìn)程必須立即釋放所有已獲得資源， 已防止形成死鎖。

信號(hào)量本質(zhì)是一個(gè)計(jì)數(shù)器(不設(shè)置全局變量是因?yàn)檫M(jìn)程間是相互獨(dú)立的)， 用于多進(jìn)程對(duì)共享數(shù)據(jù)對(duì)象的讀取， 它和管道有所不同， 它不以傳送數(shù)據(jù)為主要目 錄， 主要是用來(lái)保護(hù)共享資源(信號(hào)量也屬于臨界資源)， 使得資源在同一時(shí)刻只能由一個(gè)進(jìn)程獨(dú)享。

2.工作原理

信號(hào)量只能進(jìn)行等待和發(fā)送信號(hào)兩種操作， 即 P(申請(qǐng))和 V(釋放)。
(1) P(申請(qǐng)):如果 SV 的值大于 0， 就給他減 1， 如果它的值為 0， 就掛起進(jìn)程。
(2) V(釋放):如果有其他進(jìn)程等待信號(hào)量而被掛起， 就讓他恢復(fù)運(yùn)行， 如果沒有進(jìn)程因等待信號(hào)量而掛起， 就給他加 1。
在信號(hào)量進(jìn)程 PV 操作時(shí)都是為了原子操作(原子操作:單指令的操作， 單條指令的執(zhí)行時(shí)不會(huì)被打斷的)。

3. 二值信號(hào)量

?? 二元信號(hào)量(Binary Semaphore)是最簡(jiǎn)單的一種鎖(互斥鎖)， 它只有兩種狀態(tài):占用與非占用。 所以它的引 用計(jì)數(shù)為 1。

4. 查看系統(tǒng)信號(hào)量命令

??1.查看信號(hào)量組：ipcs -s

[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s

--------- 信號(hào)量數(shù)組 -----------
鍵        semid      擁有者  權(quán)限     nsems     
0xd2350092 3          wbyq       666        1  

??2.查看信號(hào)量限制信息：ipcs -ls

[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -ls

--------- 信號(hào)量限制 -----------
最大數(shù)組數(shù)量 = 32000
每個(gè)數(shù)組的最大信號(hào)量數(shù)目 = 32000
系統(tǒng)最大信號(hào)量數(shù) = 1024000000
每次信號(hào)量調(diào)用最大操作數(shù) = 500
信號(hào)量最大值=32767

??3.查看信號(hào)量詳細(xì)信息：ipcs -s -i

[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s -i 3
信號(hào)量數(shù)組 semid=3
uid=1000	 gid=1000	 cuid=1000	 cgid=1000
模式=0666，訪問(wèn)權(quán)限=0666
nsems = 1
otime = Fri Apr 29 10:27:21 2022  
ctime = Fri Apr 29 10:25:28 2022  
semnum     值        ncount     zcount     pid       
0          1          0          0          13747   

??4.創(chuàng)建信號(hào)量：ipcmk -S <信號(hào)量個(gè)數(shù)>

//創(chuàng)建信號(hào)量，信號(hào)量個(gè)數(shù)為5個(gè)
[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcmk -S 5  
信號(hào)量 id：6
//查看創(chuàng)建的信號(hào)量
[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s -i 6

信號(hào)量數(shù)組 semid=6
uid=1000	 gid=1000	 cuid=1000	 cgid=1000
模式=0644，訪問(wèn)權(quán)限=0644
nsems = 5
otime = 未設(shè)置                 
ctime = Fri Apr 29 14:17:16 2022  
semnum     值        ncount     zcount     pid       
0          0          0          0          0         
1          0          0          0          0         
2          0          0          0          0         
3          0          0          0          0         
4          0          0          0          0  

??5.刪除信號(hào)量：ipcrm -s

//刪除信號(hào)量6
[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s 6

--------- 信號(hào)量數(shù)組 -----------
鍵        semid      擁有者  權(quán)限     nsems     
0xd2350092 3          wbyq       666        1         
0xa8132e52 4          wbyq       644        1         
0x9416e553 6          wbyq       644        5         

[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcrm -s 6
//刪除后結(jié)果
[wbyq@wbyq 0414work]$ ipcs -s

--------- 信號(hào)量數(shù)組 -----------
鍵        semid      擁有者  權(quán)限     nsems     
0xd2350092 3          wbyq       666        1         
0xa8132e52 4          wbyq       644        1   

5.信號(hào)量相關(guān)函數(shù)

#include 
#include 
#include 
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
函數(shù)功能：創(chuàng)建信號(hào)量
形參：key ?鍵值，ftok產(chǎn)生
???nsems?信號(hào)量個(gè)數(shù)，幾乎總是為1
? ? ?semflg?標(biāo)志 IPC_CREAT|0666
返回值：失敗返回-1，成功返回semid
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …);
函數(shù)功能：信號(hào)量控制函數(shù)
形參：semid?semget函數(shù)返回值
???semnum?信號(hào)量數(shù)組下標(biāo)，semnum=0表示第一個(gè)信號(hào)量
???cmd?控制命令：SETVAL 初始化信號(hào)量值
???????????IPC_RMID 刪除信號(hào)量，刪除只需要前三個(gè)參數(shù)即可
???????????GETVAL 獲取信號(hào)量值
???可變參數(shù)共用體類型(需要自己定義)：
??????union semun {
?????????int val; /* 要設(shè)置的初始值 */
?????????struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
?????????unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
?????????struct seminfo __buf; /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
?????????};
返回值：失敗返回-1，成功根據(jù)cmd值返回
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
函數(shù)功能： 使用或者釋放信號(hào)量pv操作
形參：semid?semget函數(shù)返回值
???sops?信號(hào)量pv操作結(jié)構(gòu)體
????struct sembuf sops
????{
?????unsigned short sem_num; /* 信號(hào)量集下標(biāo)，0表示第一個(gè)信號(hào)量 */
?????short sem_op; /*>0則v操作，釋放信號(hào)量
???????????<0則p操作，使用信號(hào)量*/
?????short sem_flg; / 0 表示默認(rèn)操作,沒有信號(hào)量可用就等待。IPC_NOWAIT 表示不等待。 */
????}
返回值：成功返回信號(hào)量標(biāo)志符，失敗返回-1；

6.創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量示例

??(1)創(chuàng)建信號(hào)量

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
union semun 
{
   int  val;    /* 信號(hào)量值 */
   struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
   unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
   struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=2)
	{
		printf("格式:./a.out <信號(hào)量值>\n");
		return 0;
	}
	key_t key=ftok("semget.c",1234);//產(chǎn)生鍵值
	if(key==-1)
	{
		printf("產(chǎn)生鍵值失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("key=%#x\n",key);
	int semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);//創(chuàng)建1個(gè)信號(hào)量
	if(semid==-1)
	{
		printf("創(chuàng)建信號(hào)量集失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("semid=%d\n",semid);
	union semun  sem;
	sem.val=atoi(argv[1]);
	/*初始化信號(hào)量*/
	if(semctl(semid,0,SETVAL,sem))
	{
		printf("初始化信號(hào)量值失敗err=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	/*獲取信號(hào)量*/
	int val=semctl(semid,0,GETVAL,NULL);
	printf("信號(hào)量值:%d\n",val);
	/*通過(guò)系統(tǒng)命令查看信號(hào)量詳細(xì)信息*/
	char buff[20];
	snprintf(buff,sizeof(buff),"ipcs -s -i %d",semid);
	system(buff);
	return 0;
}

??(2)使用信號(hào)量

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
union semun 
{
   int  val;    /* 信號(hào)量值 */
   struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
   unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
   struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=2)
	{
		printf("格式:./a.out <使用信號(hào)值>\n");
		return 0;
	}
	key_t key=ftok("semget.c",1234);//產(chǎn)生鍵值
	if(key==-1)
	{
		printf("產(chǎn)生鍵值失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("key=%#x\n",key);
	int semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);//創(chuàng)建1個(gè)信號(hào)量
	if(semid==-1)
	{
		printf("創(chuàng)建信號(hào)量集失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("semid=%d\n",semid);
	/*獲取信號(hào)量*/
	int val=semctl(semid,0,GETVAL,NULL);
	printf("信號(hào)量值:%d\n",val);
	/*pv操作*/
	struct sembuf sops=
	{
		.sem_num=0,//信號(hào)量下標(biāo)
		.sem_op=atoi(argv[1]),
		.sem_flg=0//阻塞等待
	};
	int ret=semop(semid,&sops,1);
	printf("ret=%d\n",ret);
	/*獲取信號(hào)量*/
	val=semctl(semid,0,GETVAL,NULL);
	printf("信號(hào)量值:%d\n",val);
	return 0;
}

7.創(chuàng)建多個(gè)信號(hào)量

??(1)創(chuàng)建多個(gè)信號(hào)量

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
union semun 
{
   int  val;    /* 信號(hào)量值 */
   struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
   unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
   struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=4)
	{
		printf("格式:./a.out <信號(hào)量值1> <信號(hào)量值2> <信號(hào)量值3>\n");
		return 0;
	}
	key_t key=ftok("semget.c",1234);//產(chǎn)生鍵值
	if(key==-1)
	{
		printf("產(chǎn)生鍵值失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("key=%#x\n",key);
	int semid=semget(key,3,IPC_CREAT|0666);//創(chuàng)建3個(gè)信號(hào)量
	if(semid==-1)
	{
		printf("創(chuàng)建信號(hào)量集失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("semid=%d\n",semid);
	union semun  sem[3];
	sem[0].val=atoi(argv[1]);//初始化第一個(gè)信號(hào)量
	sem[1].val=atoi(argv[2]);//初始化第二個(gè)信號(hào)量
	sem[2].val=atoi(argv[3]);//初始化第三個(gè)信號(hào)量
	int i=0;
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		/*初始化信號(hào)量*/
		if(semctl(semid,i,SETVAL,sem[i]))
		{
			printf("初始化信號(hào)量值失敗err=%s\n",strerror(errno));
			return 0;
		}
		/*獲取信號(hào)量*/
		int val=semctl(semid,i,GETVAL,NULL);
		printf("第%d個(gè)信號(hào)量值:%d\n",i,val);
	}
	/*通過(guò)系統(tǒng)命令查看信號(hào)量詳細(xì)信息*/
	system("ipcs -s");
	return 0;
}

??(2)使用多個(gè)信號(hào)量

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
union semun 
{
   int  val;    /* 信號(hào)量值 */
   struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
   unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
   struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=2)
	{
		printf("格式:./a.out <使用信號(hào)值>\n");
		return 0;
	}
	key_t key=ftok("semget.c",1234);//產(chǎn)生鍵值
	if(key==-1)
	{
		printf("產(chǎn)生鍵值失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("key=%#x\n",key);
	int semid=semget(key,3,IPC_CREAT|0666);//創(chuàng)建3個(gè)信號(hào)量
	if(semid==-1)
	{
		printf("創(chuàng)建信號(hào)量集失敗res=%s\n",strerror(errno));
		return 0;
	}
	printf("semid=%d\n",semid);
	int i=0;
	/*獲取信號(hào)量*/
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		/*獲取信號(hào)量*/
		int val=semctl(semid,i,GETVAL,NULL);
		printf("第%d個(gè)信號(hào)量值:%d\n",i,val);
	}
	/*pv操作*/
	
	struct sembuf sops[3]=
	{
		{
			.sem_num=0,//信號(hào)量下標(biāo)
			.sem_op=atoi(argv[1]),
			.sem_flg=0//阻塞等待
		},
		{
			.sem_num=1,//信號(hào)量下標(biāo)
			.sem_op=atoi(argv[1]),
			.sem_flg=0//阻塞等待
		},
		{
			.sem_num=2,//信號(hào)量下標(biāo)
			.sem_op=atoi(argv[1]),
			.sem_flg=0//阻塞等待
		}
	};
	int ret=semop(semid,sops,3);//一次使用3個(gè)信號(hào)量
	printf("ret=%d\n",ret);
	/*獲取信號(hào)量*/
	/*獲取信號(hào)量*/
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		/*獲取信號(hào)量*/
		int val=semctl(semid,i,GETVAL,NULL);
		printf("第%d個(gè)信號(hào)量值:%d\n",i,val);
	}
	return 0;
}

??(3)運(yùn)行效果