信号量分有名和无名信号量。它们的区别和管道及命名管道的区别类似。有名信号量要求创建一个文件,而无名信号量则直接保存在内存中。
一,posix信号量
posex信号量接口总结(见下图):
上面一行是有名信号量,可于fifo相类比,其值保存在文件中,可用于进程和线程同步;
下面一行是无名信号量,可与pipe相类比,其值保存在内存中,可用于进程和线程同步;
中间部分,是两者的公用接口。
1.公共接口
1.1 接口函数说明
#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem);
测试所指定信号量的值,它的操作是原子的。
若sem>0,那么它减1并立即返回。
若sem==0,则睡眠直到sem>0,此时立即减1,然后返回。
int sem_trywait(sem_t *sem);
其他的行为和sem_wait一样,除了:
若sem==0,不是睡眠,而是返回一个错误eagain。
int sem_post(sem_t *sem);
把指定的信号量sem的值加1;
呼醒正在等待该信号量的任意线程。
int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
取回信号量sem的当前值,把该值保存到sval中。
若有1个或更多的线程或进程调用sem_wait阻塞在该信号量上,该函数返回两种值:
1) 返回0
2) 返回阻塞在该信号量上的进程或线程数目
linux采用返回的第一种策略。
注意:在这些函数中,只有sem_post是信号安全的函数,它是可重入函数。
1.2 接口使用的一般流程
sem_init(&sem);
sem_wait(&sem);
critical area;
sem_post(&sem);
remainder area
2.无名信号量
无名信号量是保存在变量类型为sem_t的内存中。
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
1)pshared==0 用于同一多线程的同步;
2)若pshared>0 用于多个进程间的同步,此时sem必须放在共享内存中。
int sem_destroy(sem_t *sem);
只能销毁由sem_init初始化的信号量,否则后果不可预料也。
例1:
多线程使用信号量的简单例子:
说明:该例子来自于usp。
可以把sem_wait和sme_post调用去掉,看看效果,可以看到出现了交叉输出的情况。
nanosleep调用只是为了让输出的效果更明显,没有其他意义。
更多的例子见mypxsem/prodcons2-4.c
3. 有名信号量
有名信号量是把信号量的值保存在文件中,所以它可以用于线程也可以用于进程间的同步。
如下面的形式:
3.1 常用函数说明
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,
mode_t mode, unsigned int value);
返回一个sem_t类型的指针。该指针随后可用作sem_close等的参数。
该函数参数的详细信息,可以参考手册。
int sem_close(sem_t *sem);
关闭sem信号量,并释放资源。
int sem_unlink(const char *name);
在所有进程关闭信号量后删除name的信号量
3.2 有名信号量的使用
例子:
以上代码创建了一个进程链,若把sem_wait和sem_post调用去掉,可以看到输出很混乱。
这是由于每个子进程都共享了父进程的文件表项,而且都指向打开的文件表项。
system v 信号量
===============
1, 该类信号量,与posix信号量不同。它表示的信号量集,而不是单个信号量。
可用于不同进程间的同步。
内核为每个信号量集,维护一个如下的信息结构:<sys/sem.h>
2, 信号量操作函数
a. 创建和打开信号量
int semget(key_t key, int nsems, int oflag)
(1) nsems>0 : 创建一个信的信号量集,指定集合中信号量的数量,一旦创建就不能更改。
(2) nsems==0 : 访问一个已存在的集合
(3) 返回的是一个称为信号量标识符的整数,semop和semctl函数将使用它。
(4) 创建成功后一下结构被设置:
.sem_perm 的uid和gid成员被设置成的调用进程的有效用户id和有效组id
.oflag 参数中的读写权限位存入sem_perm.mode
.sem_otime 被置为0,sem_ctime被设置为当前时间
.sem_nsems 被置为nsems参数的值
.而于该集合中的每个信号量不初始化,这些结构是在semctl,用参数set_val,setall初始化的。
b. 设置信号量的值
int semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
(1) semid 是semget返回的semid
(2) nops : 是数组opsptr的个数
(3) opsptr : 是操作结构的数组
(4) 若sem_op 是正数,其值就加到semval上;
若sem_op 是0,那么调用者希望等到semval变为0,如果semval是0就反回;
若sem_op 是负数,那么调用者希望等待semval变为大于或等于sem_op的绝对值.
(5) sem_flg
sem_undo 由进程自动释放信号量
ipc_nowait 不阻塞
c. 对信号量集实行控制操作
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ../* union semun arg */);
其中semid是信号量集合,semnum是信号在集合中的序号,
cmd是控制命令,参数可选
cmd取值如下:
getval, setval : semid集合中semnum信号量当前的semval值
getall,setall :semid集合中所有信号量的值。
ipc_rmid:删除semid信号量集
getpid:返回最后成功操作该信号的进程号。
ipc_stat:返回semid集合中的struct semid_ds结构。
例子: