Linux进程间通信（信号量）

★什么是信号量

为了防止出现多个程序同时访问一个共享数据资源而引发的问题，需要一种方法，它可以通过生成并使用令牌来授权，在任一时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区。信号量就可以提供这样一种访问机制。信号量的本质是一种数据操作锁，是一种外部资源的标识。信号量在此过程中负责数据操作的互斥、同步功能。

★信号量的工作原理

信号量能够进行的两种操作分别是：等待信号P(sv)和发送信号V(sv)

☆P(sv)：如果sv的值大于零，就给它减1；如果它的值为零，就将该进程挂起;

☆V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待sv而挂起，就给它加1。

★Linux的信号量机制

Linux提供的信号量接口有：

☆semget函数

int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

作用：创建一个新信号量或取得一个已有信号量；

参数：key是键值，它要与已有的键值进行比较，已有的键值指在内核中已存在的其它信号量集合的键值；

num_sems指定需要的信号量数目，它的值几乎总是1；

sem_flags是一组标志，当想要当信号量不存在时创建一个新的信号量。IPC_CREAT | IPC_EXCL可以创建一个新的、唯一的信号量，如果信号量已存在，返回一个错误。

返回值：如果成功，则返回信号量集合的IPC识别号；如果为-1，则出现错误；

☆semop函数

int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);

作用：改变信号量的值；

参数：sem_id是由semget返回的信号量标识符；

num_sem_ops是说我们仅仅执行了一个操作;

sem_opa参数指向类型为sembuf的一个数组，这个结构在/inclide/linux/sem.h 中声明：

struct sembuf{

    short sem_num; /* 在数组中信号量的索引值 */

    short sem_op;  /* 信号量操作值(正数、负数或0) */。

    short sem_flg; /* 操作标志，通常为SEM_UNDO*/

};

「SEM_UNDO」当操作信号量(semop)时，sem_flg可以设置SEM_UNDO标识；SEM_UNDO用于将修改的信号量值在进程正常退出（调用exit退出或main执行完）或异常退出（如段异常、除0异常、收到KILL信号等）时归还给信号量，从而使另外一个进程可以继续工作，防止其他进程因为得不到信号量而发生“死锁现象”。为此一般建议使用SEM_UNDO。

若通过kill命令把其中一个进程杀死，且该进程还没有执行V操作释放资源。若使用SEM_UNDO标志，则操作系统将自动释放该进程持有的信号量，从而使得另外一个进程可以继续工作。若没有这个标志，另外进程将P操作永远阻塞。

返回值：如果所有的操作都执行，则成功返回0；如果为-1，则出错。

☆semctl函数

int semctl(int semid,int semnum, int cmd, union semun arg);

作用：控制信号量信息；

参数：cmd参数表示在集合上执行的命令（通常为SETVAL（用联合体中val成员的值设置信号量集合中单个信号量的值）或者IPC_RMID（从内核中删除信号量集合））

arg参数的类型为semun，这个特殊的联合体在 include/linux/sem.h中声明：

union semun{

 int val;                /* value for SETVAL */

 struct semid_ds *buf;   /* buffer for IPC_STAT & IPC_SET */

 ushort *array;          /* array for GETALL & SETALL */

 struct seminfo *__buf;  /* buffer for IPC_INFO */

 void *__pad;

};

★使用信号量进行通信

☆comm.h

☆comm.c

☆test_sem.c

☆运行结果：

☆分析：

因为每个程序都在其进入临界区后和离开临界区前打印一个字符，所以每个字符是成对出现的。

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