Linux进程间通信之信号量

春节过去了，真的过去一年了。在公司待了快一年了。2016希望自己变得越来越好。

 ps：上面那句话是年前写的，中间隔了那么久，自己也变懒了。

一、信号量

1，信号量本质是一个计数器，控制访问共享资源的最大并行进程总数。（和信号有很大的区别）

2，信号量的使用主要是用来保护共享资源，使得资源在一个时刻只有一个进程（线程）所拥有。
　  信号量的值为正的时候，说明它空闲。所测试的线程可以锁定而使用它。若为0，说明它被占用，测试的线程要进入睡眠队列中，等待被唤醒。

3，信号量分类：Linux提供两种信号量：
（1） 内核信号量，由内核控制路径使用
（2） 用户态进程使用的信号量，这种信号量又分为POSIX信号量和SYSTEMV信号量。
　　　POSIX信号量又分为有名信号量和无名信号量。
　　  有名信号量，其值保存在文件中, 所以它可以用于线程也可以用于进程间的同步。无名信号量，其值保存在内存中。

干货来源：  http://blog.csdn.net/qinxiongxu/article/details/7830537

4，最简单的信号量是只能取0和1的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二进制信号量。

　　而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。这里主要讨论二进制信号量。

5，使用方法

　　使用时给其一个初始值，假如该资源允许同时两个进程使用，初始值就设置为2,有一个进程使用该资源计数-1（原子操作），有一个进程放弃使用该资源计数+1（原子操作）。如果计数为0,不允许新的进程来访问资源，新的进程阻塞等待，直到计数重新大于0解除阻塞。
　　如果有多个资源需要控制访问，就需要多个信号量，把多个信号量存入数组中，这个数组就叫信号量集。

二，编程实现

参考： http://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10243617    其实就是用这篇博客的。

这里用的是二进制信号量，初始值是1，最多允许1个进程获取信号量。 

这个例子采用两个相同的程序往终端输出字符，根据命令行参数加以区分。

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/sem.h>

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

static int sem_id = 0;
static int set_semvalue();
static void del_semvalue();
static int semaphore_p();
static int semaphore_v();

int main(int argc, char **argv)
{
    char message = 'x';
    int i = 0;
    // 创建信号量
    sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666|IPC_CREAT);

    if(argc > 1)
    {
        // 程序第一次调用，初始化信号量
        if(!set_semvalue())
        {
            fprintf(stderr, "Failed Init semaphore
");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 设置输出到屏幕中的信息
        message = argv[1][0];
        sleep(2);
    }

    for(i = 0; i < 10; i++)
    {
        if(!semaphore_p()) // 进入临界区
        {
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        printf("%c", message);
        fflush(stdout); // 清理缓冲区
        sleep(rand() % 3); // 休眠随机时间
        printf("%c", message);
        fflush(stdout); 
    
        if(!semaphore_v()) // 离开临界区
        {
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        sleep(rand() % 2); // 休眠随机时间
    }

    sleep(10);
    printf("
 %d - finished
", getpid());

    if(argc > 1)
    {
        sleep(3);
        del_semvalue();
    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

// 初始化信号量
static int set_semvalue()
{
    union semun sem_union;
    sem_union.val = 1;
    if(-1 == semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union))
    {
        return 0;
    }
    return 1;
}

// 删除信号量 
static void del_semvalue()
{
    union semun sem_union;
    if(-1 == semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union))
    {
        fprintf(stderr, "Failed delete semphore
");
    }
}

// 对信号量-1操作，即等待P(sv)
static int semaphore_p()
{
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = -1; // P()
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;

    if(-1 == semop(sem_id, &sem_b, 1))
    {
        fprintf(stderr, "Failed semaphore_p()
");
        return 0;
    }

    return 1;
}

// 释放操作， +1， 发送信号V(sv)
static int semaphore_v()
{
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = 1; // P()
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;

    if(-1 == semop(sem_id, &sem_b, 1))
    {
        fprintf(stderr, "Failed semaphore_v()
");
        return 0;
    }

    return 1;
}

运行结果：

分析：第一次运行 一个程序打印 X，另一个打印 1。

第二次运行 一个打印1  ， 一个打印2。

因为每个程序都在其进入临界区后和离开临界区前打印一个字符，所以每个字符都应该成对出现。

一个进程在打印时，会先执行P操作，若没有打印完，也就是没有执行V操作。另一个进程要执行打印，也要进行P操作，这时候由于信号量的值为0，获取信号量失败，进程只能挂起自己。等另一个程序释放（V操作）才能打印。

 任何时刻只有一个进程得到了信号量，只有一个进程在执行打印

总结：

信号量是一个特殊的变量，程序对其访问都是原子操作，且只允许对它进行等待（即P(信号变量))和发送（即V(信号变量))信息操作。

我们通常通过信号来解决多个进程对同一资源的访问竞争的问题，使在任一时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区域，

也可以说它是协调进程间的对同一资源的访问权，也就是用于同步进程的。