信号量集
2015-05-16 01:26:38 最后更新: 2015-08-12 18:13:09 访问数量：1997
信号量
信号量与其他的 IPC （管道、FIFO、消息队列、域套接字）都有所不同，他是一个计数器，用于多进程对共享数据对象的访问
当进程需要获得共享资源时，需要进行下列操作：
当然了，对信号量的测试及减 1 的操作必须是原子操作，因此，通常信号量是内核实现的
最常用的信号量初始值为 1，被称为“二元信号量”或“双态信号量”，控制单个资源，但是一般而言，信号量的初始值可以为任意正数，用来说明有多少个共享资源单位可供共享应用
信号集
XSI 的信号量集要比信号量复杂一些：
- 信号量集是一个含有一个或多个信号量的集合
- 创建信号量集与其赋初值要分开进行，这个特性容易造成一些问题
- 如果进程没有释放信号量集，即使进程已经退出，信号量集仍然存在（其他 XSI IPC 也有同样的问题）
信号量集结构 -- semid_ds
内核为每个信号量集设置了一个 semid_ds 结构：
struct semid_ds
{
struct ipc_perm sem_perm; // 信号量集权限结构
unsigned short sem_nsems; // 信号量集中的信号量数目
time_t sem_otime; // 上次操作时间
time_t sem_ctime; // 上次改变时间
...
...
}
各系统的具体实现会包含额外的字段
信号量描述结构
每个信号量由一个无名结构表示，至少包含下列成员：
struct
{
unsigned short semval; // 信号量的值
pid_t sempid; // 最后操作该信号量的进程 ID
unsigned short semncnt; // 因为信号量值过大而等待的进程数
unsigned short semzcnt; // 因为信号量值等于 0 而等待的进程数
...
...
}
信号量集的创建与获取 -- semget
int semget(key_t key, int nsems, int flag);
定义于 sys/sem.h 中
调用成功返回信号量集 ID，否则返回 -1
该函数将 key 变换为信号量集标识符，并返回，与消息队列创建函数 msgget 一样：
- 如果 key 取值为 IPC_PRIVATE，则创建新的 IPC 结构
- 如果指定的 key 当前未与任何 IPC 结构结合，并且 flag 中指定了 IPC_CREAT 位，则用该 key 创建新的 IPC 结构
- 如果指定的 key 当前未与任何 IPC 结构结合，并且 flag 中未指定 IPC_CREAT 位，则函数返回出错
- 如果指定的 key 当前已经与 IPC 结构结合，并且 flag 中未指定 IPC_EXECL 位，则返回对应 IPC 结构，否则返回 EEXIST
参数 nsems 用于初始化该信号量集描述结构的 sem_nsems 字段
信号量集的设定 -- semctl
semctl 函数可以执行多种操作，与 ioctl、semctl、shmctl 非常类似，都被称为“垃圾桶函数”
int semctl(int semid, int semnum, int cmd [, semun arg ]);
定义于 sys/sem.h 中
根据 cmd 参数的不同，返回值有所不同
可选参数 arg -- semun 类型
第四个参数 arg 是一个联合体 semun 类型的参数，根据 cmd 参数取值的不同而可选
union semun
{
int val; // 用于 cmd 参数取值为 SETVAL
struct semid_ds *buf; // 用于 cmd 参数取值为 IPC_STAT 或 IPC_SET
unsigned short *array; // 用于 cmd 参数取值为 GETALL 或 SETALL
}
cmd 参数取值
参数 cmd 决定了 semctl 函数的用途、arg 参数的实际类型与函数的返回值
cmd 参数是下列 10 种命令中的一种：
| 取值 | 意义 |
| IPC_STAT | 将 semid 指定的信号量集的 semid_ds 结构存放到 arg.buf 指向的结构中 |
| IPC_SET | 按照 arg.buf 指向的结构中的值设置 semid 指定的信号量集的 semid_ds 结构（可以改变 sem_perm.uid、sem_perm.gid、sem_perm.mode），执行此命令的进程有效用户 ID 必须等于 sem_perm.cuid 或 sem_perm.uid 或者该进程具有超级用户权限 |
| IPC_RMID | 从系统中删除该信号量集，信号量集会被立即删除，仍在使用次信号量集的其他进程对该信号量集的下次操作会返回 EIDRM，执行此命令的进程有效用户 ID 必须等于 sem_perm.cuid 或 sem_perm.uid 或者该进程具有超级用户权限 |
| GETVAL | 返回信号量集成员 semnum 的 semval 值 |
| SETVAL | 将信号量集成员 semnum 的 semval 值设定为 arg.val |
| GETPID | 返回信号量集成员 semnum 的 sempid 值 |
| GETNCNT | 返回信号量集成员 semnum 的 semncnt 值 |
| GETZCNT | 返回信号量集成员 semnum 的 semzcnt 值 |
| GETALL | 将信号量集中所有信号量的值存放到 arg.array 指向的数组中 |
| SETALL | 将信号量集设定为 arg.array 数组存储数值信号量的集合 |
信号量操作函数 -- semop
函数 semop 执行信号量集上的操作，即本文开头处图片中的过程，是一个原子操作
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops);
定义于 sys/sem.h
调用成功返回 0，否则返回 -1
参数说明 -- sembuf 结构数组 semoparray
参数 semoparray 是一个信号量操作数组，标识对每个信号量的操作
struct sembuf
{
unsigned short sem_num; // 该操作对应信号量集中信号量编号
short sem_op; // 指定对信号量的操作
int sem_flg; // 信号量操作标志，可选 IPC_NOWAIT、SEM_UNDO
}
函数说明
对集合中成员的具体操作由 semoparray 中存储的元素的 sem_op 字段指定
上述操作是原子性的