Linux信号量详解

1.什么是信号量
信号量是一种特殊的变量，访问具有原子性。
只允许对它进行两个操作：
1)等待信号量
当信号量值为0时，程序等待；当信号量值大于0时，信号量减1，程序继续运行。
2)发送信号量
将信号量值加1。

我们使用信号量，来解决进程或线程间共享资源引发的同步问题。

2.Linux中信号量的使用
Linux提供了一组信号量API，声明在头文件sys/sem.h中。
1)semget函数：新建信号量

int semget(key_t key,int num_sems,int sem_flags);

key:信号量键值，可以理解为信号量的唯一性标记。
num_sems:信号量的数目，一般为1
sem_flags:有两个值，IPC_CREATE和IPC_EXCL，
IPC_CREATE表示若信号量已存在，返回该信号量标识符。
IPC_EXCL表示若信号量已存在，返回错误。

返回值：相应的信号量标识符，失败返回-1

2)semop函数：修改信号量的值

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

sem_id:信号量标识符
sem_opa:结构如下

struct sembuf{
    short sem_num;//除非使用一组信号量，否则它为0
    short sem_op;//信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P（等待）操作，
                    //一个是+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
}; 

3)semctl函数：用于信号量的初始化和删除

int semctl(int sem_id,int sem_num,int command,[union semun sem_union]);

command:有两个值SETVAL,IPC_RMID，分别表示初始化和删除信号量。
sem_union:可选参数，结构如下：

union semun{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *arry;
}; 

一般用到的是val,表示要传给信号量的初始值。

3.Linux信号量使用示例
下例中，我们写了一个程序，程序中有一个char类型的字符,char message=‘x‘
然后同时运行这个程序的两个实例。
第一个实例，带一个参数，将参数的第一个字符赋给message，比如为‘0‘
第二个实例，使用默认message值‘x‘
我们的目的是，使用信号量，循环执行这两个实例，
我们可以看到执行结果应该是‘x0x0x0x0x0x0‘

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/sem.h>
union semun
{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};
int sem_id;
int set_semvalue()
{
    union semun sem_union;
    sem_union.val = 1;
    if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union)==-1)
        return 0;
    return 1;
}
int semaphore_p()
{
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = -1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)
    {
        fprintf(stderr,"semaphore_p failed\n");
        return 0;
    }
    return 1;
}
int semaphore_v()
{
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = 1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)
    {
        fprintf(stderr,"semaphore_v failed\n");
        return 0;
    }
    return 1;
}
void del_semvalue()
{
    //删除信号量
    union semun sem_union;
    if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union)==-1)
        fprintf(stderr,"Failed to delete semaphore\n");
}
int main(int argc,char *argv[])
{
    char message = ‘x‘;
    //创建信号量
     sem_id = semget((key_t)1234,1,0666|IPC_CREAT);
    if(argc>1)
    {
        //初始化信号量
        if(!set_semvalue())
        {
            fprintf(stderr,"init failed\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        //参数的第一个字符赋给message
        message = argv[1][0];
    }
    int i=0;
    for(i=0;i<5;i++)
    {
        //等待信号量
        if(!semaphore_p())
            exit(EXIT_FAILURE);
        printf("%c",message);
        fflush(stdout);
        sleep(1);
        //发送信号量
        if(!semaphore_v())
            exit(EXIT_FAILURE);
        sleep(1);
    }
    printf("\n%d-finished\n",getpid());
    if(argc>1)
    {
        //退出前删除信号量
        del_semvalue();
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出结果：