1 #include <unistd.h>
  2 #include <sys/types.h>
  3 #include <sys/stat.h>
  4 #include <fcntl.h>
  5 #include <stdlib.h>
  6 #include <stdio.h>
  7 #include <string.h>
  8 #include <sys/sem.h>
  9
 10 union semun
 11 {
 12     int val;
 13     struct semid_ds *buf;
 14     unsigned short *arry;
 15 };
 16
 17 static int sem_id = 0;
 18
 19 static int set_semvalue();
 20 static void del_semvalue();
 21 static int semaphore_p();
 22 static int semaphore_v();
 23
 24 int main(int argc, char *argv[])
 25 {
 26     char message = 'X';
 27     int i = 0;
 28
 29     //创建信号量
 30     sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT);
 31
 32     if(argc > 1)
 33     {
 34         //程序第一次被调用，初始化信号量
 35         if(!set_semvalue())
 36         {
 37             fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n");
 38             exit(EXIT_FAILURE);
 39         }
 40         //设置要输出到屏幕中的信息，即其参数的第一个字符
 41         message = argv[1][0];
 42         sleep(2);
 43     }
 44     for(i = 0; i < 10; ++i)
 45     {
 46         //进入临界区
 47         if(!semaphore_p())
 48             exit(EXIT_FAILURE);
 49         //向屏幕中输出数据
 50         printf("%c", message);
 51         //清理缓冲区，然后休眠随机时间
 52         fflush(stdout);
 53         sleep(rand() % 3);
 54         //离开临界区前再一次向屏幕输出数据
 55         printf("%c", message);
 56         fflush(stdout);
 57         //离开临界区，休眠随机时间后继续循环
 58         if(!semaphore_v())
 59             exit(EXIT_FAILURE);
 60         sleep(rand() % 2);
 61     }
 62
 63     sleep(10);
 64     printf("\n%d - finished\n", getpid());
 65
 66     if(argc > 1)
 67     {
 68         //如果程序是第一次被调用，则在退出前删除信号量
 69         sleep(3);
 70         del_semvalue();
 71     }
 72     exit(EXIT_SUCCESS);
 73 }
 74
 75 static int set_semvalue()
 76 {
 77     //用于初始化信号量，在使用信号量前必须这样做
 78     union semun sem_union;
 79
 80     sem_union.val = 1;
 81     if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1)
 82         return 0;
 83     return 1;
 84 }
 85
 86 static void del_semvalue()
 87 {
 88     //删除信号量
 89     union semun sem_union;
 90
 91     if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
 92         fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore\n");
 93 }
 94
 95 static int semaphore_p()
 96 {
 97     //对信号量做减1操作，即等待P（sv）
 98     struct sembuf sem_b;
 99     sem_b.sem_num = 0;
100     sem_b.sem_op = -1;//P()
101     sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
102     if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
103     {
104         fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n");
105         return 0;
106     }
107     return 1;
108 }
109
110 static int semaphore_v()
111 {
112     //这是一个释放操作，它使信号量变为可用，即发送信号V（sv）
113     struct sembuf sem_b;
114     sem_b.sem_num = 0;
115     sem_b.sem_op = 1;//V()
116     sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
117     if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
118     {
119         fprintf(stderr, "semaphore_v failed\n");
120         return 0;
121     }
122     return 1;
123 }  

注：这个程序的临界区为main函数for循环不的semaphore_p和semaphore_v函数中间的代码。

例子分析 ：同时运行一个程序的两个实例，注意第一次运行时，要加上一个字符作为参数，例如本例中的字符‘O’，它用于区分是否为第一次调用，同时这个字符输出到屏幕中。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，所以每个字符都应该成对出现，正如你看到的上图的输出那样。在main函数中循环中我们可以看到，每次进程要访问stdout（标准输出），即要输出字符时，每次都要检查信号量是否可用（即stdout有没有正在被其他进程使用）。所以，当一个进程A在调用函数semaphore_p进入了临界区，输出字符后，调用sleep时，另一个进程B可能想访问stdout，但是信号量的P请求操作失败，只能挂起自己的执行，当进程A调用函数semaphore_v离开了临界区，进程B马上被恢复执行。然后进程A和进程B就这样一直循环了10次。

五、对比例子——进程间的资源竞争

看了上面的例子，你可能还不是很明白，不过没关系，下面我就以另一个例子来说明一下，它实现的功能与前面的例子一样，运行方式也一样，都是两个相同的进程，同时向stdout中输出字符，只是没有使用信号量，两个进程在互相竞争stdout。它的代码非常简单，文件名为normalprint.c，代码如下：