Linux学习笔记（15）-信号量

 

　　在多线程或者多进程编程中，有一个非常需要关注的东西，那就是同步以及互斥问题。

　　同步是指多个进程之间的协作，而互斥是指多个进程之间，为了争夺有限的资源，而进行的竞争。

　　理论很高端，但经过自己几天的学习，发现操作系统中，线程的信号量还是比较简单易懂的……

　　————————————————————————————————————————

　　信号量是用来解决线程间同步或互斥的一种机制，也是一个特殊的变量，变量的值代表着当前可以利用的资源。

　　如果等于0，那就意味着现在没有资源可用。

　　根据信号量的值可以将信号量分为二值信号量和计数信号量：

　　（计数信号量）就像一间公共厕所，里面一共有十个坑（最大是32767），算是十个资源。在同一时间可以容纳十个人，当满员的时候，外面的人必须等待里面的人出来，释放一个资源，然后才能在进一个，当他进去之后，厕所又满员了，外面的人还得继续等待……

　　（二值信号量）就像自己家的卫生间，一般只有一个马桶，在同一时间只能有一个人来用。

　　信号量只能进程两个原子操作，P操作和V操作，

　　概念：

　　原子操作，就是不能被更高等级中断抢夺优先的操作。

　　由于操作系统大部分时间处于开中断状态，所以，一个程序在执行的时候可能被优先级更高的线程中断。

　　而有些操作是不能被中断的，不然会出现无法还原的后果，这时候，这些操作就需要原子操作。就是不能被中断的操作。

　　P操作：如果有可用的资源（信号量>0），那么占用一个资源（信号量-1）。如果没有可用的资源（信号量=0），则进程被阻塞，直到系统重新给他分配资源。

　　V操作：如果在该信号量的等待队列中有进程在等待该资源，则唤醒一个进程，否则释放一个资源（信号量+1）

　　

　　POSIX提供两种信号量，有名信号量和无名信号量，有名信号量一般是用在进程间同步，无名信号量一般用在线程间同步。

　　两种信号量的操作流程，大概有下面的几点不同：

　　

　　主要在于两种信号量初始化和销毁的方式不同。

　　对了，还有一点是非常需要注意的，和在操作共享内存时需要连接库一样，在编译信号量的时候，也需要加上-pthread参数。

　　————————————————————————————————————————————————————————————

　　首先先来学习有名信号量

　　创建有名信号量：

　　创建或者打开一个信号量，需要使用sem_open()函数，函数原形如下：

　　sem_t sem_open(const char * name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value)

　　返回值sem_t 是一个结构，如果函数调用成功，则返回指向这个结构的指针，里面装着当前信号量的资源数。

　　参数name，就是信号量的名字，两个不同的进程通过同一个名字来进行信号量的传递。

　　参数oflag,当他是O_CREAT时，如果name给出的信号量不存在，那么创建，此时必须给出mode和vaule。当他是O_EXCL时，好像没有啥太重要的意义。

　　参数mode，很好理解，用来指定信号量的权限。

　　参数vaule，则是信号量的初始值。

 

　　关闭有名信号量:

　　关闭有名信号量所使用的函数是sem_close(sem_t *sem)

　　这个函数只有一个参数，意义也非常明显，就是指信号量的名字。

　　

　　信号量操作：

　　前面已经说过，在使用信号量时，有两个非常重要的操作

　　P操作：使用的函数是sem_wait(sem_t *sem)

　　如果信号量的值大于零，sem_wait函数将信号量减一，并且立即返回。如果信号量的值小于零，那么该进程会被阻塞在原地。

　　V操作：使用的函数是sem_post(sem_t *sem)

　　当一个进程使用完某个信号量时，他应该调用sem_post函数来告诉系统收回资源。

　　sem_post函数和sem_wait函数的功能刚好相反，他会把指定的信号量加一

 

　　删除有名信号量：

　　当使用完有名信号后，需要调用函数sem_unlink来释放资源。

　　函数原形：int sem_unlink(const char *name)

　　——————————————————————————————————————————————————————————

　　实战演练！！！！

　　需求：创建两个进程，A进程打印A，然后等待B进程打印B，在B进程打印完了后，A进程在打印C。

　　A进程代码如下：

　　

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<semaphore.h>
#include<errno.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

#define SEM_NAME "name"

int main()
{
    sem_t *sem_test;

    sem_test = sem_open("ni", O_CREAT, 0644, 0);
    if(sem_test < 0)
    {
        printf("A进程创建信号量失败！errno=%d\n",errno);
        exit(-1);
    }

    printf("进程A进入等待……\n");
    printf("A\n");
    sem_wait(sem_test);
    printf("C\n");
    sem_post(sem_test);
    printf("A进程执行完毕！\n");

　　　sem_close(sem_test);
　　　sem_unlink("ni");

　　  return 0;
}

　　B进程代码如下：

　　

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<semaphore.h>
#include<errno.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

#define SEM_NAME "name"

int main()
{
    sem_t *sem_test;

    sem_test = sem_open("ni",0);

    if(sem_test < 0)
    {
        printf("B进程创建信号量失败！errno=%d\n",errno);
        exit(-1);
    }

    printf("B\n");
    sem_post(sem_test);
    printf("B进程执行完毕！\n");
    sem_close(sem_test);
    sem_unlink("ni");
    return 0;
}

 

　　现在进程编译（一定要记得在编译选项后加上-pthread哦！！）

　　　

　　代码执行结果！！

　　　

　　执行得很成功！！

　　值得一提的是，如果在执行中出现了段错误 (核心已转储)这种错误信息的话，最好是去/dev/shm/下看一下，看看是否有个黄色的文件，权限被设置的奇高！

　　我就遇到了这样的问题。

　　哎！虽然整篇文章就这么短短的几十行，但我可是足足奋斗了将近五个小时才搞懂！！

　　明天~继续加油！！