【Linux系统编程】POSIX有名信号量

00. 目录

文章目录

00. 目录
01. 概述
02. 相关函数
- 2.1 创建有名信号量
- 2.2 关闭有名信号量
- 2.3 删除有名信号量
- 2.4 信号量P操作
- 2.5 信号量V操作
03. 程序示例
04. 附录

01. 概述

在 POSIX 标准中，信号量分两种，一种是无名信号量，一种是有名信号量。无名信号量一般用于线程间同步或互斥，而有名信号量一般用于进程间同步或互斥。它们的区别和管道及命名管道的区别类似，无名信号量则直接保存在内存中，而有名信号量要求创建一个文件。

02. 相关函数

2.1 创建有名信号量

#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <semaphore.h>sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,mode_t mode, unsigned int value);Link with -pthread.
功能：创建一个有名信号量。
参数：name：信号量文件名。注意，不能指定路径名。因为有名信号量，默认放在/dev/shm 里   flags：sem_open() 函数的行为标志。mode：文件权限(可读、可写、可执行)的设置。value：信号量初始值。
返回值：成功：信号量的地址失败：SEM_FAILED

2.2 关闭有名信号量

#include <semaphore.h>
int sem_close(sem_t *sem);
Link with -pthread.
功能：关闭有名信号量。
参数：sem：指向信号量的指针。
返回值：成功：0失败：-1

2.3 删除有名信号量

#include <semaphore.h>int sem_unlink(const char *name);
功能：删除有名信号量的文件。
参数：name：有名信号量文件名。
返回值：成功：0失败：-1

2.4 信号量P操作

#include <semaphore.h>int sem_wait(sem_t *sem);
功能：将信号量的值减 1。操作前，先检查信号量（sem）的值是否为 0，若信号量为 0，此函数会阻塞，直到信号量大于 0 时才进行减 1 操作。
参数：sem：信号量的地址。
返回值：成功：0失败： - 1int sem_trywait(sem_t *sem);
   以非阻塞的方式来对信号量进行减 1 操作。
   若操作前，信号量的值等于 0，则对信号量的操作失败，函数立即返回。int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
   限时尝试将信号量的值减 1
   abs_timeout：绝对时间

abs_timeout补充说明

struct timespec {time_t tv_sec;      /* seconds */ // 秒long   tv_nsec;   /* nanosecondes*/ // 纳秒
}time_t cur = time(NULL);      //获取当前时间。
struct timespec t;              //定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur + 1;               // 定时1秒
sem_timedwait(&cond, &t);

2.5 信号量V操作

#include <semaphore.h>int sem_post(sem_t *sem);
功能：将信号量的值加 1 并发出信号唤醒等待线程（sem_wait()）。
参数：sem：信号量的地址。
返回值：成功：0失败：-1

03. 程序示例

示例一：有名信号量实现进程间互斥功能

#include<stdio.h>
#include<semaphore.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>void printer(sem_t *sem, char *str)
{sem_wait(sem); //信号量减一while(*str!='\0'){putchar(*str);  fflush(stdout);str++;sleep(1);}printf("\n"); sem_post(sem); //信号量加一
}int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid;sem_t *sem = NULL;pid = fork(); //创建进程if(pid<0){ //出错perror("fork error");}else if(pid == 0){ //子进程//跟open()打开方式很相似,不同进程只要名字一样，那么打开的就是同一个有名信号量sem = sem_open("name_sem", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1); //信号量值为 1if(sem == SEM_FAILED){ //有名信号量创建失败perror("sem_open");return -1;}char *str1 = "hello";printer(sem, str1); //打印sem_close(sem); //关闭有名信号量_exit(1);}else if(pid > 0){ //父进程//跟open()打开方式很相似,不同进程只要名字一样，那么打开的就是同一个有名信号量sem = sem_open("name_sem", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1); //信号量值为 1if(sem == SEM_FAILED){//有名信号量创建失败perror("sem_open");return -1;}char *str2 = "world";printer(sem, str2); //打印sem_close(sem); //关闭有名信号量wait(pid, NULL); //等待子进程结束}sem_unlink("name_sem");//删除有名信号量return 0;
}

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out
hello
world
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$

示例二：有名信号量实现进程间同步功能（print2 先打印，再到 print1 打印）

print1.c 代码如下

#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>void print(sem_t *print1, sem_t *print2)
{int i = 0;while(1){sem_wait(print1);i++;printf("int print1 i = %d\n", i);sem_post(print2);}
}int main(int argc, char **argv)
{   sem_t *print1, *print2;print1 = sem_open("sem_print1", O_CREAT, 0777, 0);  if(SEM_FAILED == print1){perror("sem_open");}print2 = sem_open("sem_print2", O_CREAT, 0777, 1);    if(SEM_FAILED == print2){perror("sem_open");}print(print1, print2);return 0;
}

print2.c 代码

#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>void print(sem_t *print1, sem_t *print2)
{int i = 0;while(1){sem_wait(print2);i++;printf("in print2 i = %d\n", i);sleep(1);sem_post(print1);}
}int main(int argc, char **argv)
{   sem_t *print1, *print2;print1 = sem_open("sem_print1", O_CREAT, 0777, 0);  if(SEM_FAILED == print1){perror("sem_open");}print2 = sem_open("sem_print2", O_CREAT, 0777, 1);  if(SEM_FAILED == print2){perror("sem_open");}print(print1, print2);return 0;
}

删除有名信号量的代码:

#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>void sem_del(char *name)
{int ret;ret = sem_unlink(name);if(ret < 0){perror("sem_unlink");}
}int main(int argc, char **argv)
{sem_del("sem_print1"); //删除信号量文件sem_print1sem_del("sem_print2"); //删除信号量文件sem_print2return 0;
}

04. 附录

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