Linux系统编程——进程同步与互斥：System V 信号量

2024-03-24 21:48
文章标签 linux 系统 互斥 编程 信号量 system 进程同步

本文主要是介绍Linux系统编程——进程同步与互斥：System V 信号量，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

信号量概述

信号量广泛用于进程或线程间的同步和互斥，信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。


编程时可根据操作信号量值的结果判断是否对公共资源具有访问的权限，当信号量值大于 0 时，则可以访问，否则将阻塞。PV 原语是对信号量的操作，一次 P 操作使信号量减１，一次 V 操作使信号量加１。


在实际应用中两个进程间通信可能会使用多个信号量，因此 System V 的信号量以集合的概念来管理，具体操作和 Posix 信号量大同小异，详情请点此链接：http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46496201。


信号量集合数据结构：struct semid_ds，此数据结构中定义了整个信号量集的基本属性。

/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct semid_ds
{struct ipc_perm	sem_perm;		/* permissions .. see ipc.h */__kernel_time_t	sem_otime;		/* last semop time */__kernel_time_t	sem_ctime;		/* last change time */struct sem	*sem_base;		/* ptr to first semaphore in array */struct sem_queue *sem_pending;		/* pending operations to be processed */struct sem_queue **sem_pending_last;	/* last pending operation */struct sem_undo	*undo;			/* undo requests on this array */unsigned short	sem_nsems;		/* no. of semaphores in array */
};

信号量数据结构：struct sem，此数据结构中定义了信号量的基本属性。

/* One semaphore structure for each semaphore in the system. */
struct sem
{int	semval;		/* current value *信号量的值*/int	sempid;		/* pid of last operation *最后一个操作信号量的进程号*/struct list_head sem_pending; /* pending single-sop operations */
};


System V 信号量基本操作

使用 shell 命令操作信号量：

查看信号量：ipcs -s

删除信号量：ipcrm -s semid


以下函数所需头文件如下：

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/sem.h>


1）创建信号量集合

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

功能：

创建或打开一个信号量集合，该集合中可以包含多个信号量。

参数：

key：进程间通信键值，通过调用 ftok() 函数得到的键值，详情请点此链接：http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46331643。

nsems：创建的信号量的个数。如果只是访问而不创建则可以指定该参数为 0，一旦创建了该信号量，就不能更改其信号量个数，只要不删除该信号量，重新调用该函数创建该键值的信号量，该函数只是返回以前创建的值，不会重新创建。

semflg：标识函数的行为及信号量的权限，其取值如下：

IPC_CREAT：创建信号量。
IPC_EXCL：检测信号量是否存在。
位或权限位：信号量位或权限位后可以设置信号量的访问权限，格式和 open 函数的 mode_ t 一样（open() 的使用请点此链接），但可执行权限未使用。

返回值：

成功：信号量集标识符

失败：返回 -1


2）控制信号量集合、信号量

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

功能：

对信号量集合以及集合中的信号量进行操作。

参数：

semid：信号量集标识符。

semnum：集合中信号量的序号，指定对哪个信号量操作， 只对几个特殊的 cmd 操作有意义。

cmd：信号量控制类型。semctl() 函数可能有3个参数，也可能有4个参数，参数的个数由 cmd 决定。当有4个参数时，第4个参数为联合体：

union semun{int			val;	/*信号量的值*/struct semid_ds *buf;	/*信号量集合信息*/unsigned short  *array;/*信号量值的数组*/struct seminfo  *__buf;/*信号量限制信息*/
};
cmd 的取值如下：

GETVAL：获取信号量的值。此时函数有3个参数。semctl() 函数的返回值即为信号量的值。

SETVAL：设置信号量的值。此时函数有4个参数。第4个参数为联合体中的val，其值为信号量的值。 

IPC_STAT：获取信号量集合的信息。此时函数有4个参数。第4个参数为联合体中的__buf。

IPC_SET：设置信号量集合的信息。此时函数有4个参数。第4个参数为联合体中的__buf。

IPC_RMID：删除信号量集。此时函数有3个参数,第2个参数semnum不起作用。

GETALL：获取所有信号量的值。此时函数有4个参数，第2个参数semnum不起作用。第4个参数为联合体中的array，其值为用来存放所有信号量值的数组的首地址。

SETALL：设置所有信号量的值 。参数说明同上。

IPC_INFO：获取信号量集合的限制信息。此时函数有4个参数，第2个参数semnum不起作用。第4个参数为联合体中的__buf。

GETPID：获取信号的进程号，即最后操作信号量的进程。此时函数有3个参数。semctl() 函数的返回值即为信号的进程号。

GETNCNT：获取等待信号的值递增的进程数。此时函数有3个参数。semctl() 函数的返回值即为进程数。

GETZCNT：获取等待信号的值递减的进程数。此时函数有3个参数。semctl() 函数的返回值即为进程数。

返回值：

成功：0

失败：-1


3）操作信号量

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

功能：

操作信号量，主要进行信号量加减操作。

参数：

semid：信号量集标识符。
sops：操作信号量的结构体（struct sembuf）数组的首地址( 结构体定义在 sys/sem.h )，此结构体中的数据表明了对信号量进行的操作。

struct sembuf{unsigned short  sem_num;	/*信号量的序号*/short       sem_op;		/*信号量的操作值*/short       sem_flg;	/*信号量的操作标识*/
};

结构体成员使用说明如下：

sem_num：信号量集中信号量的序号

sem_op 取值如下：

sem_op > 0：信号量的值在原来的基础上加上此值。

sem_op < 0：如果信号量的值小于 semop 的绝对值，则挂起操作进程。如果信号量的值大于等于 semop 的绝对值，则信号量的值在原来的基础上减去 semop 的绝对值。

sem_op = 0：对信号量的值进行是否为 0 测试。若为 0 则函数立即返回，若不为 0 则阻塞调用进程。

sem_flag 取值如下： 

IPC_NOWAIT：在对信号量的操作不能执行的情况下使函数立即返回。

SEM_UNDO：当进程退出后，该进程对信号量进行的操作将被撤销。

nsops：操作信号量的结构体数组中元素的个数。

返回值：

成功：0

失败：-1


使用示例

示例一：

#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[])
{key_t key;//创建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}//查看信号量system("ipcs -s");int semid;//1: 创建的信号量的个数semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666); //创建信号量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信号量//删去信号量// 0: 代表对第0个信号量进行操作// IPC_RMID：删除信号量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s"); //查看信号量return 0;
}


运行结果如下：



示例二：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>/*解决编译出错的问题*/
#define IPC_INFO 3int main(int argc, char *argv[])
{key_t key;//创建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}system("ipcs -s"); //查看信号量int semid;//1: 创建的信号量的个数semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666);//创建信号量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信号量struct seminfo buf;/*//struct seminfo相关成员struct seminfo {int semmap;int semmni;int semmns;int semmnu;int semmsl;int semopm;int semume;int semusz;int semvmx;int semaem;};*///IPC_INFO：获取信号量集合的限制信息。//此时函数有4个参数，第2个参数semnum不起作用。semctl(semid, 0, IPC_INFO, &buf);printf("buf.semmni = %d\n", buf.semmni);printf("buf.semmns = %d\n", buf.semmns);printf("buf.semmnu = %d\n", buf.semmnu);printf("buf.semmsl = %d\n", buf.semmsl);printf("buf.semopm = %d\n", buf.semopm);printf("buf.semume = %d\n", buf.semume);printf("buf.semusz = %d\n", buf.semusz);printf("buf.semvmx = %d\n", buf.semvmx);printf("buf.semaem = %d\n", buf.semaem);//删去信号量// 0: 代表对第0个信号量进行操作// IPC_RMID：删除信号量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s"); //查看信号量return 0;
}

运行结果如下：



示例三：

#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[])
{key_t key;//创建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}//查看信号量system("ipcs -s");int semid;//1: 创建的信号量的个数semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666); //创建信号量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信号量int ret;/*//SETVAL: 设置信号量的值。此时函数有4个参数。第4个参数为联合体中的val，其值为信号量的值。 union semun{int			val;		//信号量的值struct semid_ds *buf;	//信号量集合信息unsigned short  *array;	//信号量值的数组struct seminfo  *__buf;	//信号量限制信息};*/ret = semctl(semid, 0, SETVAL, 20);if(ret == -1){perror("semctl");}//GETVAL：获取信号量的值。函数返回值即为信号量的值。ret = semctl(semid, 0, GETVAL);if(ret == -1){perror("semctl");}printf("ret = %d\n", ret);// 0: 代表对第0个信号量进行操作// IPC_RMID：删除信号量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s");return 0;
}

运行结果如下：



示例四：

#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main(int argc, char *argv[])
{key_t key;//创建key值key = ftok(".", 'a');if(key == -1){perror("ftok");}//查看信号量system("ipcs -s");int semid;//2: 创建的信号量的个数semid = semget(key, 2, IPC_CREAT|0666); //创建信号量if(semid == -1){perror("semget");}system("ipcs -s"); //查看信号量int ret;unsigned short sem_arry[2] = {30,20};/*//SETALL: 设置所有信号量的值。此时函数有4个参数，第2个参数semnum不起作用。第4个参数为联合体中的array，其值为用来存放所有信号量值的数组的首地址。union semun{int			val;		//信号量的值struct semid_ds *buf;	//信号量集合信息unsigned short  *array;	//信号量值的数组struct seminfo  *__buf;	//信号量限制信息};*/ret = semctl(semid, 0, SETALL, sem_arry);if(ret == -1){perror("semctl");}bzero(sem_arry, sizeof(sem_arry));//GETALL：获取所有信号量的值。此时函数有4个参数，第2个参数semnum不起作用。第4个参数为联合体中的array，其值为用来存放所有信号量值的数组的首地址。ret = semctl(semid, 0, GETALL, sem_arry);if(ret == -1){perror("semctl");}printf("sem_arry[0] = %d\n", sem_arry[0]);printf("sem_arry[1] = %d\n", sem_arry[1]);// IPC_RMID：删除信号量集semctl(semid, 0, IPC_RMID);system("ipcs -s");return 0;
}

运行结果如下：



示例五：

//此范例使用信号量来同步共享内存的操作
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/ipc.h> 
#include <sys/sem.h> 
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>#define SHM_KEY 0x33 
#define SEM_KEY 0x44 union semun 
{ int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; 
}; int P(int semid) 
{ struct sembuf sb;/*//操作信号量的结构体struct sembuf{unsigned short  sem_num;//信号量的序号short       sem_op;		//信号量的操作值short       sem_flg;	//信号量的操作标识};	*/sb.sem_num = 0; sb.sem_op = -1;//SEM_UNDO：当进程退出后，该进程对信号量进行的操作将被撤销。sb.sem_flg = SEM_UNDO; //操作1个信号量if(semop(semid, &sb, 1) == -1){ perror("semop"); return -1; } return 0; 
} int V(int semid) 
{ struct sembuf sb;/*//操作信号量的结构体struct sembuf{unsigned short  sem_num;//信号量的序号short       sem_op;		//信号量的操作值short       sem_flg;	//信号量的操作标识};	*/sb.sem_num = 0; sb.sem_op = 1;//SEM_UNDO：当进程退出后，该进程对信号量进行的操作将被撤销。sb.sem_flg = SEM_UNDO; //操作1个信号量if(semop(semid, &sb, 1) == -1){ perror("semop"); return -1; } return 0; 
} int main(int argc, char **argv) 
{pid_t pid; int i, shmid, semid; int *ptr = NULL; union semun semopts; /*union semun{int			val;		//信号量的值struct semid_ds *buf;	//信号量集合信息unsigned short  *array;	//信号量值的数组struct seminfo  *__buf;	//信号量限制信息};*///创建一块共享内存, 存一个int变量if ((shmid = shmget(SHM_KEY, sizeof(int), IPC_CREAT | 0600)) == -1) { perror("msgget"); return -1;} //将共享内存映射到进程, fork后子进程可以继承映射ptr = (int *)shmat(shmid, NULL, 0);if (ptr == (int *)-1) { perror("shmat");return -1;}*ptr = 0; //赋值为0// 创建一个信号量用来同步共享内存的操作 if ((semid = semget(SEM_KEY, 1, IPC_CREAT | 0600)) == -1) { perror("semget"); return -1;} //初始化信号量  semopts.val = 1; if (semctl(semid, 0, SETVAL, semopts) < 0) { perror("semctl"); return -1;} if ((pid = fork()) < 0) { //创建进程perror("fork");_exit(0);}else if (pid == 0){ // Child// 子进程对共享内存加1 for (i = 0; i < 100000; i++) { P(semid); (*ptr)++; V(semid); printf("child: %d\n", *ptr); } } else { //Parent// 父进程对共享内存减1 for (i = 0; i < 100000; i++) { P(semid); (*ptr)--; V(semid); printf("parent: %d\n", *ptr); } //如果子进程结束，回收其资源wait(NULL);//如果同步成功, 共享内存的值为0 printf("finally: %d\n", *ptr); } return 0; 
}

运行结果如下：



本教程示例代码下载请点此链接：http://download.csdn.net/detail/tennysonsky/9029479

这篇关于Linux系统编程——进程同步与互斥：System V 信号量的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/842890。

相关文章

Linux换行符的使用方法详解

Linux换行符的使用方法详解

《Linux换行符的使用方法详解》本文介绍了Linux中常用的换行符LF及其在文件中的表示,展示了如何使用sed命令替换换行符,并列举了与换行符处理相关的Linux命令,通过代码讲解的非常详细,需要的... 目录简介检测文件中的换行符使用 cat -A 查看换行符使用 od -c 检查字符换行符格式转换将
阅读更多...
Python FastAPI+Celery+RabbitMQ实现分布式图片水印处理系统

Python FastAPI+Celery+RabbitMQ实现分布式图片水印处理系统

《PythonFastAPI+Celery+RabbitMQ实现分布式图片水印处理系统》这篇文章主要为大家详细介绍了PythonFastAPI如何结合Celery以及RabbitMQ实现简单的分布式... 实现思路FastAPI 服务器Celery 任务队列RabbitMQ 作为消息代理定时任务处理完整
阅读更多...
Linux系统配置NAT网络模式的详细步骤(附图文)

Linux系统配置NAT网络模式的详细步骤(附图文)

《Linux系统配置NAT网络模式的详细步骤(附图文)》本文详细指导如何在VMware环境下配置NAT网络模式,包括设置主机和虚拟机的IP地址、网关,以及针对Linux和Windows系统的具体步骤,... 目录一、配置NAT网络模式二、设置虚拟机交换机网关2.1 打开虚拟机2.2 管理员授权2.3 设置子
阅读更多...
揭秘Python Socket网络编程的7种硬核用法

揭秘Python Socket网络编程的7种硬核用法

《揭秘PythonSocket网络编程的7种硬核用法》Socket不仅能做聊天室,还能干一大堆硬核操作,这篇文章就带大家看看Python网络编程的7种超实用玩法,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起... 目录1.端口扫描器：探测开放端口2.简易 HTTP 服务器：10 秒搭个网页3.局域网游戏：多人联机对战4.
阅读更多...
Linux系统中卸载与安装JDK的详细教程

Linux系统中卸载与安装JDK的详细教程

《Linux系统中卸载与安装JDK的详细教程》本文详细介绍了如何在Linux系统中通过Xshell和Xftp工具连接与传输文件,然后进行JDK的安装与卸载,安装步骤包括连接Linux、传输JDK安装包... 目录1、卸载1.1 linux删除自带的JDK1.2 Linux上卸载自己安装的JDK2、安装2.1
阅读更多...
Java并发编程必备之Synchronized关键字深入解析

Java并发编程必备之Synchronized关键字深入解析

《Java并发编程必备之Synchronized关键字深入解析》本文我们深入探索了Java中的Synchronized关键字,包括其互斥性和可重入性的特性,文章详细介绍了Synchronized的三种... 目录一、前言二、Synchronized关键字2.1 Synchronized的特性1. 互斥2.
阅读更多...
Linux卸载自带jdk并安装新jdk版本的图文教程

Linux卸载自带jdk并安装新jdk版本的图文教程

《Linux卸载自带jdk并安装新jdk版本的图文教程》在Linux系统中,有时需要卸载预装的OpenJDK并安装特定版本的JDK,例如JDK1.8,所以本文给大家详细介绍了Linux卸载自带jdk并... 目录Ⅰ、卸载自带jdkⅡ、安装新版jdkⅠ、卸载自带jdk1、输入命令查看旧jdkrpm -qa
阅读更多...
Linux samba共享慢的原因及解决方案

Linux samba共享慢的原因及解决方案

《Linuxsamba共享慢的原因及解决方案》：本文主要介绍Linuxsamba共享慢的原因及解决方案,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux samba共享慢原因及解决问题表现原因解决办法总结Linandroidux samba共享慢原因及解决
阅读更多...
新特性抢先看! Ubuntu 25.04 Beta 发布:Linux 6.14 内核

新特性抢先看! Ubuntu 25.04 Beta 发布:Linux 6.14 内核

《新特性抢先看!Ubuntu25.04Beta发布:Linux6.14内核》Canonical公司近日发布了Ubuntu25.04Beta版，这一版本被赋予了一个活泼的代号——“Plu... Canonical 昨日（3 月 27 日）放出了 Beta 版 Ubuntu 25.04 系统镜像，代号“Pluc
阅读更多...
Linux安装MySQL的教程

Linux安装MySQL的教程

《Linux安装MySQL的教程》：本文主要介绍Linux安装MySQL的教程,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux安装mysql1.Mysql官网2.我的存放路径3.解压mysql文件到当前目录4.重命名一下5.创建mysql用户组和用户并修
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2