信號量的操作——semop函數


信號量的值與相應資源的使用情況有關,當它的值大於 0 時,表示當前可用的資源數的數量;當它的值小於 0 時,其絕對值表示等待使用該資源的進程個數。信號量的值僅能由 PV 操作來改變。

 
      在 Linux 下,PV 操作通過調用semop函數來實現。該函數定義在頭文件 sys/sem.h中,原型如下:
     int   semop(int  semid,struct sembuf  *sops,size_t nsops);
     函數的參數 semid 為信號量集的標識符;參數 sops 指向進行操作的結構體數組的首地址;參數 nsops 指出將要進行操作的信號的個數。 semop 函數調用成功返回 0,失敗返回 -1。
      semop 的第二個參數 sops 指向的結構體數組中,每個 sembuf 結構體對應一個特定信號的操作。因此對信號量進行操作必須熟悉該數據結構,該結構定義在 linux/sem.h,如下所示:
     struct  sembuf{
         unsigned short   sem_num;      //信號在信號集中的索引,0代表第一個信號,1代表第二個信號  
         short            sem_op;      //操作類型
         short            sem_flg;    //操作標志
     };
    下面詳細介紹一下 sembuf 的幾個參數:
--------------------------------------------------------------------------------------------------
  • sem_op 參數
                    sem_op > 0          信號加上 sem_op 的值,表示進程釋放控制的資源;
 
                    sem_op = 0          如果沒有設置 IPC_NOWAIT,則調用進程進入睡眠狀態,直到信號                                         量的值為0;否則進程不回睡眠,直接返回 EAGAIN
 
                    sem_op < 0          信號加上 sem_op 的值。若沒有設置 IPC_NOWAIT ,則調用進程阻
                                        塞,直到資源可用;否則進程直接返回EAGAIN
  • sem_flg 參數
          該參數可設置為 IPC_NOWAIT 或 SEM_UNDO 兩種狀態。只有將 sem_flg 指定為 SEM_UNDO 標志后,semadj (所指定信號量針對調用進程的調整值)才會更新。    此外, 如果 此操作指定 SEM_UNDO ,系統更新 過程中會 撤消 此信號燈的 計數( semadj 此操作 可以隨時 進行 --- 它永遠不會 強制 等待 過程 調用進程 必須有 改變 信號量集 權限
 
         sem_flg公認的標志是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。如果操作指定SEM_UNDO,它將會自動撤消該進程終止時。

        在標准操作程序中的操作是在數組的順序執行、原子的,那就是,該操作要么作為一個完整的單元,要么不。如果不是所有操作都可以立即執行的系統調用的行為取決於在個人sem_flg領域的IPC_NOWAIT標志的存在
 -------------------------------------------------------------------------------------------------     

        對信號量最基本的操作就是進行PV操作,而System V信號量正是通過 semop 函數和 sembuf 結構體的數據結構來進行PV操作的。
        當 sembuf 的第二個數據結構 sem_op 設置為負數時,是對它進行P操作,即減1操作;當設置為正數時,就是進行V操作,即加1操作。
      
        下面舉一個對一個信號量集中的某個信號進行 PV 操作的函數實現:
         
        //P操作函數
        int  sem_p( int semid, int index )
        {
                  struct  sembuf  buf  = { 0, -1, IPC_NOWAIT};
                  
                  if ( index < 0 )
                  {
                                 perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );
                                 return  -1;
                  }
                  buf.sem_num = index;
                  if (  semop ( semid, &buf, 1) == -1)
                  {
                                perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );
                                return  -1;
                  }
                  return  0;
        }
 
        //V操作函數
        int  sem_p( int semid, int index )
        {
                  struct  sembuf  buf  = { 0, 1, IPC_NOWAIT};
                  
                  if ( index < 0 )
                  {
                                 perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );
                                 return  -1;
                  }
                  buf.sem_num = index;
                  if (  semop ( semid, &buf, 1) == -1)
                  {
                                perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );
                                return  -1;
                  }
                  return  0;
        }
 
 
========================================================================
 

T&T的貝爾實驗室,對Unix早期的進程間通信進行了改進和擴充,形成了"system V IPC",其通信進程主要局限在單個計算機內。IPC對象指的是共享內存(share memory)、消息隊列(message queue)和信號燈集(semaphore)。

信號燈(semaphore),也叫信號量。它是不同進程間或一個給定進程內部不同線程間同步的機制。System V的信號燈是一個或者多個信號燈的一個集合。其中的每一個都是單獨的計數信號燈。System V 信號燈由內核維護。主要函數semget,semop,semctl。

本文重點介紹的是semop函數。該函數主要功能是對信號燈進行P/V操作。

P操作責把當前進程由運行狀態轉換為阻塞狀態,直到另外一個進程喚醒它。操作為:申請一個空閑資源(把信號量減1),若成功,則退出;若失敗,則該進程被阻塞;

V操作負責把一個被阻塞的進程喚醒,它有一個參數表,存放着等待被喚醒的進程信息。操作為:釋放一個被占用的資源(把信號量加1),如果發現有被阻塞的進程,則選擇一個喚醒之。

semop函數原型如下:

int semop(int semid, struct sembuf  *sops, unsigned nsops);

semop操作中:sembuf結構的sem_flg成員可以為0、IPC_NOWAITSEM_UNDO 。為SEM_UNDO時,它將使操作系統跟蹤當前進程對這個信號量的修改情況,如果這個進程在沒有釋放該信號量的情況下終止,操作系統將自動釋放該進程持有的。

sembuf結構的sem_flg成員為SEM_UNDO時,它將使操作系統跟蹤當前進程對這個信號量的修改情況,如果這個進程在沒有釋放該信號量的情況下終止,操作系統將自動釋放該進程持有的信號量

問題描述:假設父子進程對一個文件進行寫操作,但是這個文件同一時間只能有一個進程進行寫操作。

示例程序如下:

#include <stdio.h>
        //……此處省略了頭文件
        void P(int sid)
        {
            struct sembuf sem_p;
            sem_p.sem_num = 0;
            sem_p.sem_op = -1;
            sem_p.sem_flg = 0;

            if (semop(sid, &sem_p, 1) == -1)
            {
                perror("p op failed");
                exit(1);
            }
        }

        void V(int sid)
        {
            struct sembuf sem_p;
            sem_p.sem_num = 0;
            sem_p.sem_op = 1;
            //sem_p.sem_flg = SEM_UNDO;
            sem_p.sem_flg = 0;

            if (semop(sid, &sem_p, 1) == -1)
            {
                perror("v op failed");
                exit(1);
            }
        }

        int main(int argc, char * argv[ ])
        {
            pid_t pid;
            int fd;
            key_t key;
            int sid;

            if ((fd = open("semset", O_RDWR | O_CREAT, 0666)) == -1)
            {
                perror("open");
                exit( -1);
            }

            if ((key=ftok("semset", 'a')) == -1)
            {
                perror("ftok");
                return -1;
            }

            if ((sid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666)) == -1)
            {
                perror("createSemset");
                exit(-1);
            }

            if( -1==semctl(sid, 0, SETVAL, 1) )
            {
                perror("SETVAL");
                exit(1);
            }

            if ((pid=fork()) == -1)
            {
                perror("fork");
                exit(-1);
            }
            else if ( 0 == pid )
            {
                while(1)
                {
                    P(sid); 
                    printf("child writing\n");
                    sleep(1);
                    printf("child finish post\n");

                    V(sid);
                }
            }
            else
            {
                while(1)
                {
                    P(sid);
                    printf("parent writing");

                    sleep(1);
                    printf("parent writing finish post\n");

                    V(sid);
                }
            }

            return 0;
        }

在該程序中,父子進程都有可能執行P操作成功,因此,兩個進程中的提示語句,交替顯示。若通過kill命令把其中一個進程殺死,且該進程還沒有執行V操作釋放資源。若使用SEM_UNDO標志,則操作系統將自動釋放該進程持有的信號量,從而使得另外一個進程可以繼續工作。若沒有這個標志,另外進程將P操作永遠阻塞。

因此,一般建議使用SEM_UNDo標志。

=================================================

 

IPC_NOWAIT:當指定的操作不能完成時,進程不等待立即返回,返回值為-1,errno置為EAGAIN。

    


免責聲明!

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用,本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益,請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM