一.概述
System V信号量与System V消息队列不同。它不是用来在进程间传递数据。它主要是来同步进程的动作。
1.一个信号量是一个由内核维护的整数。其值被限制为大于或等于0。
2.可以在信号量上加上或减去一个数量。
3.当一个减操作把信号量减到小于0时，内核会阻塞调用进程。直到另一操作把信号恢复，阻塞才会解除。
4.常用的信号量是二进制信号量。即操作0和1来控制临界区。
二.函数接口
1.创建或打开一个信号量
#include <sys/sem.h> int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
key和semflg跟消息队列一样，这里不再介绍，上面已给出消息队列的文章连接。
nsems：指定信号量数目，一般都是1。
2.控制信号量
#include <sys/sem.h> int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
semid：semget()返回的信号量标识符。
semnum：信号量编号，如果是成组的信号量，就要用到它，否则是0。
cmd：控制信号量的命令。SETVAL初始化一个值，IPC_RMID删除信号量。
第四个参数是一个union semun结构。如果有的Linux版本头文件没有这个结构，需要自己定义：
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
3.改变信号量的值
#include <sys/sem.h> int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
sops：指向一个sembuf结构，该结构成员如下：
unsigned short sem_num：信号量编号，如果不是一组信号，一般都为0。
short sem_op：对信号量加减操作，如：-1，+1，1。
short sem_flg：通常设置为SEM_UNDO。如果进程终止时没有释放该信号量，内核会释放它。
三.简单例子
我们封装一个简单的二进制信号量，写2个小程序，一个只打印基数，一个只打印偶数，通过二进制信号量来控制它们按顺序打印1-10。
1.封装二进制信号量
/**
* @file binary_sem.h
*/
#ifndef _BINARY_SEM_H_
#define _BINARY_SEM_H_
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};
/* 设置信号量 */
int sem_set(int sem_id);
/* 增大信号量 */
int sem_up(int sem_id);
/* 减小信号量 */
int sem_down(int sem_id);
/* 删除信号量 */
int sem_delete(int sem_id);
#endif
/**
* @file binary_sem.c
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/sem.h>
#include "binary_sem.h"
static union semun sem_union;
static struct sembuf sem_buf;
/* 设置信号量 */
int sem_set(int sem_id)
{
sem_union.val = ;
, SETVAL, sem_union) == -)
;
;
}
/* 改变信号量为1 */
int sem_up(int sem_id)
{
sem_buf.sem_num = ;
sem_buf.sem_flg = SEM_UNDO;
sem_buf.sem_op = ;
) == -)
;
;
}
/* 信号量减1 */
int sem_down(int sem_id)
{
sem_buf.sem_num = ;
sem_buf.sem_flg = SEM_UNDO;
sem_buf.sem_op = -;
) == -)
;
;
}
/* 删除信号量 */
int sem_delete(int sem_id)
{
, IPC_RMID, sem_union) == -)
;
;
}
2.打印基数的程序
/**
* @file sem1.c
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/sem.h>
#include <unistd.h>
#include "binary_sem.h"
#define SEM_KEY 7788
void err_exit(const char *err_msg)
{
printf("error: %s\n", err_msg);
exit();
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
int sem_id, i;
/* 创建信号 */
, | IPC_CREAT)) == -)
err_exit("semget()");
/* 初始化信号为1 */
)
err_exit("sem_set()");
; i < ; i += )
{
/* 信号减一 */
)
err_exit("sem_down()");
sleep();
printf(], i);
/* 信号加一 */
)
err_exit("sem_up()");
sleep();
}
;
}
对信号量加减操作之间的代码就是临界区。程序第39行的sleep()是为了有足够的时间来允许第二个程序，46行的sleep()是尽量让其他程序来获取信号量。
3.只打印偶数的程序
/**
* @file sem2.c
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/sem.h>
#include "binary_sem.h"
#define SEM_KEY 7788
void err_exit(const char *err_msg)
{
printf("error: %s\n", err_msg);
exit();
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
int sem_id, i;
/* 创建信号 */
, | IPC_CREAT)) == -)
err_exit("semget()");
; i <= ; i += )
{
/* 信号减一 */
)
err_exit("sem_down()");
printf(], i);
/* 信号加一 */
)
err_exit("sem_up()");
sleep();
}
;
}
四.实验
1.为了测试方便，上面2个程序的key统一用一个值为7788的宏来指定。
2.两个程序执行的流程：sem1初始化一个为1的信号量，进入循环后对信号执行减一，并进入临界区。休眠3秒的时间我执行第二个程序sem2，sem2进入循环后也执行减一操作，但此时信号已被sem1减为0，此时内核会阻塞sem1的操作，因为再减就小于0了。回到sem1，3秒过后，打印基数，并把信号重置为1，离开临界区，休眠1秒。此时内核发现信号是1，可以执行减操作，内核会对sem2放行，sem2进入临界区打印偶数。刚刚休眠1秒的sem1再次进入临界区，发现信号量被sem2减到了0，此时被内核阻塞，直到sem2重置信号量。如此反复！！！
最后：其实System V信号量的语义和API都比较复杂，有机会再探讨比它简单的POSIX信号量。