linux 心跳灯_Linux下信号灯的使用
作者:杨硕,华清远见嵌入式学院讲师。
一、信号灯简介:
Linux支持系统5的信号灯(semaphore),是一种进程间通信的方式,只不过它和管道、FIFO或者共享内存等不一样,信号灯主要用于同步或者互斥对共享资源的访问,它的发明来源于火车运行系统中的“信号灯”,利用信号灯可以实现 “PV操作”这种进程间同步机制。P操作是获得资源,将信号灯的值减1,如果结果不为负则执行完毕,进程获得资源,否则进程睡眠以等待资源别的进程释放资源;V操作则是释放资源,给信号灯的值加1,释放一个因执行P操作而等待的进程。
二、信号灯的两种类型
1、二值信号灯:
最简单的信号灯形式,信号灯的值只能取0或1,类似于互斥锁。
虽然二值信号灯能够实现互斥锁的功能,但两者的关注内容不同。信号灯强调共享资源,只要共享资源可用,其他进程同样可以修改信号灯的值;互斥锁更强调进程,占用资源的进程使用完资源后,必须由进程本身来解锁。
2、 计数信号灯:
信号灯的值可以取任意非负值(当然受内核本身的约束),用来统计资源,其值就代表可用资源的个数。
三、Linux下对信号灯的操作
1、 打开或创建信号灯
对应的系统调用:
#include
#include
#include
int semget(key_t key, int nsems, int sem*);
第一个参数key是一个键值,信号灯集的描述符就由系统范围内唯一的一个键值生成。
key可以由ftok函数生产:
#include
#include
key_t ftok(conST char *pathname, int proj_id);
ftok返回与系统中的路径pathname相对应的一个键值
nsems是信号灯集中信号灯的个数,其最大值取决于具体的系统,如果是0,则代表访问已存在的信号灯集。
sem*是一些标志位,它是IPC_CREAT、IPC_EXCL、IPC_NOWAIT三者与访问权限或的结果,访问权限一般都是0600,代表只有信号灯集的属主才对信号灯集有读写的权限。
semget()如果执行成功,返回与key对应的信号灯集描述字(非负整数,存在于内存之中),失败返回-1,并将错误码置于errno全局变量中。
2、操作信号灯
linux可以增加或减小信号灯的值,相应于对共享资源的释放和占有。
对应的系统调用:
#include
#include
#include
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
semop系统调用可以实现对由semid标志的信号灯集中的某一个指定信号灯的一系列操作。
semid即是semget返回的信号灯描述字。
sops是指向结构体sembuf的指针,可以是这种类型的结构体数组的头指针,数组的每一个sembuf结构都刻画一个在特定信号灯上的操作。
nsops为sops指向数组的大小(有几个sembuf结构体)。
sembuf结构体定义如下:
struct sembuf
{
unsigned short sem_num; /* semaphore number */
short sem_op; /* semaphore operation */
short sem_*; /* operation flags */
};
sem_num对应信号灯集中的信号灯,0代表第一个信号灯。
sem_op的值决定了对sem_num指定的信号灯的三种不同操作:
● sem_op = 0,调用者阻塞等待直到信号灯的值等于0时返回。可以用来测试共享资源是否已用完。
● sem_op > 0,代表进程要申请-sem_op个共享资源。
如果信号灯值sem_val > abs(sem_op),则sem_val = sem_val-abs(sem_op);
否则调用进程睡眠直到sem_val>=abs(sem_op)。当然如果sem_*指定为IPC_NOWAIT,则调用进程立即返回。
● sem_op > 0,代表进程要释放sem_op数量的共享资源。也就是V操作。
sem_*可取0,IPC_NOWAIT以及SEM_UNDO两个标志。
● 0代表阻塞调用
● IPC_NOWAIT代表非阻塞调用
● 如果设置了SEM_UNDO标志,那么在进程结束时,相应的操作将被取消,这是比较重要的一个标志位。如果设置了该标志位,那么在进程没有释放共享资源就退出时,内核将代为释放。如果为一个信号灯设置了该标志,内核都要分配一个 sem_undo结构来记录它,为的是确保以后资源能够安全释放。事实上,如果进程退出了,那么它所占用就释放了,但信号灯值却没有改变,此时,信号灯值反映的已经不是资源占有的实际情况,在这种情况下,问题的解决就靠内核来完成。这有点像僵尸进程,进程虽然退出了,资源也都释放了,但内核进程表中仍然有它的记录,此时就需要父进程调用waitpid来解决问题了。
semop调用成功返回0,失败返回-1,并将错误码置于errno全局变量中。
semop可以同时操作多个信号灯,在实际应用中,对应多种资源的申请或释放。semop保证操作的原子性,这一点尤为重要。尤其对于多种资源的申请来说,要么一次性获得所有资源,要么放弃申请,要么在不占有任何资源情况下继续等待,这样,一方面避免了资源的浪费;另一方面,避免了进程之间由于申请共享资源而造成死锁。
3、 获得或设置信号灯属性:
对应的系统调用:
#include
#include
#include
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);
semctl通过具体的cmd操作由semid标志的信号灯集上的由semnum指定的信号灯。
常用的cmd有一下几个:
● IPC_STAT 获取信号灯信息,信息由arg.buf返回;
● GETVAL 返回semnum所代表信号灯的值;
● SETVAL 设置semnum所代表信号灯的值为arg.val;
● IPC_RMID 删除semnum所代表的信号灯
用户需要自己定义联合体semun如下:
union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *Array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO (Linux-specific) */
};
semctl调用成功返回0,失败返回-1,并将错误码置于errno全局变量中。
四、利用信号灯实现PV操作
1、P操作:申请资源
这里我们封装一个函数down():
/*
* function: ask for resource, P operation
* parameter: sem_id : identifier of a semaphore set;
sem_num : semaphore number
* return value: none
*/
void down(int sem_id, int sem_num)
{
struct sembuf op;
op.sem_num = sem_num;
op.sem_op = -1;
op.sem_* = 0;
semop(sem_id, &op, 1);
}
2、V操作:释放资源
这里我们封装一个函数up():
/*
* function: free resource, V operation
* parameter: sem_id : identifier of a semaphore set;
sem_num : semaphore number
* return value: none
*/
void up(int sem_id, int sem_num)
{
struct sembuf op;
op.sem_num = sem_num;
op.sem_op = 1;
op.sem_* = 0;
semop(sem_id, &op, 1);
}
“本文由华清远见http://www.embedu.org/index.htm提供”
华清远见
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