原创 Linux进程间通信：信号互斥编程

 2015-3-9 15:31  1411 17 17 分类: MCU/ 嵌入式文集: Linux应用程序开发学习

信号量（又名：信号灯）与其他进程间通信方式不大相同，主要用途是保护临界资源（进程互斥）。进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。

信号量的分类：

二值信号灯：信号灯的值只能取0或1
计数信号灯：信号灯的值可以取任意非负值。

信号量的实质：1、数字 2、操作，包括释放和获取两种情况。

8.1 创建/ 打开信号量集合

8.1.1 函数名 semget

8.1.2 函数原形 int semget(key_t key, int nsems, int sem***);

8.1.3 函数功能获取信号量集合的标识符

8.1.4 所属头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h> <sys/sem.h>

8.1.5 返回值成功：返回信号量集合的标识符失败：-1

8.1.6 参数说明

key：键值 sem***：标志，可以取IPC_CREAT nsems：创建的这个信号量集合里面包含的信号量的数目

8.1.7 范例代码

8.2 操作信号量

8.2.1 函数名 semop

8.2.2 函数原形 int semop(int semid, struct *sops, unsigned nsops, struct timespec *timeout);

8.2.3 函数功能操作信号量集里面的信号量

8.2.4 所属头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h> <sys/sem.h>

8.2.5 返回值成功：返回0 失败：返回-1

8.2.6 参数说明 semid：要操作的信号量集合的标识符 nsops：要操作多少个信号量 sops：堆信号量执行什么样的操作，实则sops包含了下面这个结构体：其中sem_num：指定了是信号量集合的第几个信号量。sem_op：若sem_op为n。n>0则表示释放了n个信号量。n<0则表示获取了n个信号量

8.3 信号量的控制

8.3.1 函数名 semctl

8.3.2 函数原形 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

8.3.3 函数功能控制信号量

8.3.4 所属头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h> <sys/sem.h>

8.3.5 返回值成功：根据cmd返回不同的非负值失败：-1

8.3.6 参数说明 semid：信号量集合的标识符 semnum：信号量集合的哪个信号量 cmd：相应的控制命令(GETVAL：返回成员semnum的semval值， SETVAL：设置成员semnum的semval值。该值由arg.val指定)。

8.4 获取key值

8.4.1 函数名 ftok

8.4.2 函数原形 key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

8.4.3 函数功能 将路径名和项目标识符转化为一个进程间信号量通信的key值

8.4.4 所属头文件 <sys/types.h> <sys/ipc.h>

8.4.5 返回值成功：key值将被返回失败：-1

8.4.6 参数说明 pathname:路径名 proj_id：自定义的数字id

小实验：假设有这样的场景：数学课代表A要在公示栏上写“math cancel”这样一个通知。当他写完“math”后，电话铃响了。然后出去接了个电话。正在这时英语课代表B也要写通知，通知内容是“English exam”。这时公示栏上的内容是“math English exam”。B写完后，A又不管三七二十一的写上了“cancel”。这时黑板上的内容为“math English exam cancel”。从而引起了歧义。代码如下：

astudent.c:

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
int main()
{
     int fd;
     fd = open("/home/board.txt",O_RDWR|O_APPEND);//读取txt文件
     write(fd, "math", 5);
     sleep(3);
     write(fd, " cancel", 7);
     close(fd);
     return 0;
}

bstudent.c:

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

int main()
{
     int fd;
     fd = open("/home/board.txt",O_RDWR|O_APPEND);//读取txt文件
     write(fd, "English exam", 13);
     return 0;
}

公示栏上的内容为下图：

那么，怎样消除这样的问题呢？我们可以看出这两个事件是互斥的。我们可以通过设置一个信号量来解决。当A开始写通知的时候生成一个标志位。直至A写完通知，标志位状态改变，B开始写通知。

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>

int main()
{
     int fd = 0;
     int semid;
     key_t key;
     struct sembuf sops;
     int ret;

     key = ftok("/home", 1);
     semid = semget(key, 1, IPC_CREAT);
     semctl(semid, 0, SETVAL, 1);

     fd = open("/home/board.txt",O_RDWR|O_APPEND);//读取txt文件

     sops.sem_num = 0;
     sops.sem_op = -1;
     semop(semid, &sops, 1);


     write(fd, "math", 5);
     sleep(10);
     write(fd, " cancel", 7);

     sops.sem_num = 0;
     sops.sem_op = 1;
     semop(semid, &sops, 1);

     close(fd);
     return 0;
}

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>

int main()
{
     int fd = 0;
     int semid;
     key_t key;
     struct sembuf sops;
     int ret;

     key = ftok("/home", 1);
     semid = semget(key, 1, IPC_CREAT);

     fd = open("/home/board.txt",O_RDWR|O_APPEND);//读取txt文件

     sops.sem_num = 0;
     sops.sem_op = -1;
     semop(semid, &sops, 1);

     write(fd, "English exam", 13);

     sops.sem_num = 0;
     sops.sem_op = 1;
     semop(semid, &sops, 1);

     close(fd);
     return 0;
}

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