Linux進程間通信---信號量

• 信號量是一個計數器，通常在內核中實現，用於多個進程對共享數據對象的同步訪問。使用信號量的頭文件是#include <sys/sem.h>
• 信號量的使用規則：
• 若信號量為正，則進程可使用該資源。
• 若信號量為0，則進程阻塞等待，並將進程插入等待隊列，直到該信號量的值大於0從等待隊列中執行進程請求。
• 加鎖操作：如果信號量大於0，則信號量-1；如果信號量為0，則掛起該進程，並將這個進程插入等待隊列。
• 解鎖操作：如果等待隊列中有進程則喚醒該進程，讓它恢復運行；否則，信號量+1。
• Linux下使用信號量的常用函數：
• semget(key, num_sems, sem_flags)：創建新的信號量或取得已有的信號量，key表示信號量的鍵值，不相關進程使用同一個key來訪問同一個信號量，num_sems表示信號量個數（一般為1），sem_flags表示信號量訪問權限，用IPC_CREAT與權限位與可保證信號量不存在時新建一個。函數返回一個int類型的數值，表示信號量的標識符。
• semop(sem_id, sem_opa, num_sem_ops)：改變信號量的值，改變操作在sem_opa中，sem_opa是sumbuf結構體對象，使用方法如下：

  struct sembuf
  {  
     short sem_num;   //除非使用一組信號量，否則它為0  
     short sem_op;    //信號量在一次操作中需要改變的數據，通常是兩個數，一個是-1，即P操作（加鎖）；一個是+1，即V操作（解鎖）
     short sem_flg;   //通常為SEM_UNDO,使操作系統跟蹤信號，並在進程沒有釋放該信號量而終止時，操作系統釋放信號量  
  };

• semctl(sem_id, sem_num, command, semun)：控制信號量。commond中有：SETVAL初始化信號量為一個值，該值再semun結構體的val字段；IPC_RMID用於刪除一個無需繼續使用的信號量。
• 信號量的使用實例，同時開兩個進程，每個進程中都用信號量同步臨界區，在臨界區中向屏幕打印字符：

  #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;
   
      //創建信號量
      sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT);
   
      if(argc > 1)
      {
          //程序第一次被調用，初始化信號量
          if(!set_semvalue())
          {
              fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n");
              exit(EXIT_FAILURE);
          }
          //設置要輸出到屏幕中的信息，即其參數的第一個字符
          message = argv[1][0];
          sleep(2);
      }
      for(i = 0; i < 10; ++i)
      {
          //進入臨界區
          if(!semaphore_p())
              exit(EXIT_FAILURE);
          //向屏幕中輸出數據
          printf("%c", message);
          //清理緩沖區，然后休眠隨機時間
          fflush(stdout);
          //離開臨界區，休眠隨機時間后繼續循環
          if(!semaphore_v())
              exit(EXIT_FAILURE);
          sleep(2);
      }
   
      sleep(3);
      printf("\n%d - finished\n", getpid());
   
      if(argc > 1)
      {
          //如果程序是第一次被調用，則在退出前刪除信號量
          sleep(3);
          del_semvalue();
      }
      exit(EXIT_SUCCESS);
  }
   
  static int set_semvalue()
  {
      //用於初始化信號量，在sem_union的val字段中設置信號量初值。使用信號量之前必須先初始化！
      union semun sem_union;
      sem_union.val = 1;
      if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1)
          return 0;
      return 1;
  }
   
  static void del_semvalue()
  {
      //刪除信號量
      union semun sem_union;
      if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
          printf("Failed to delete semaphore\n");
  }
   
  static int semaphore_p()
  {
      //對信號量做減1操作，即加鎖 P（sv）
      struct sembuf sem_b;
      sem_b.sem_num = 0;
      sem_b.sem_op = -1;   //P()
      sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
      if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
      {
          printf("semaphore_p failed\n");
          return 0;
      }
      return 1;
  }
   
  static int semaphore_v()
  {
      //這是一個釋放操作，它使信號量變為可用，即解鎖 V（sv）
      struct sembuf sem_b;
      sem_b.sem_num = 0;
      sem_b.sem_op = 1;   //V()
      sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
      if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
      {
          printf("semaphore_v failed\n");
          return 0;
      }
      return 1;
  }

    　　ps：以上代碼參考自 https://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10243617，運行結果如下：