IPC(进程间通信) | 信号量机制

文章目录

1. 进程间的通信方式
2. 信号量机制进行进程同步
3. 原子操作P/V
- 不加同步信号量的程序：
- 使用信号量机制后的程序：

1. 进程间的通信方式

进程间的通信有以下几种方式：

1. 管道：管道分为有名管道和无名管道
2. 信号量：通过控制多个进程对临界资源的访问，使得同一时刻只允许一个进程对临界资源进行访问
3. 共享内存：把一块内存空间映射到两个进程的地址空间中，使得他们能够访问同一块内存空间，达到数据的共享。
4. 消息队列：向消息队列中添加数据，从消息队列中读取数据

2. 信号量机制进行进程同步

什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。
当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；
当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。
注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。

同步：对临界资源的互斥访问
临界区：访问临界资源的代码段
临界资源：同一时刻只能有一个进程来访问的资源

3. 原子操作P/V

P ：申请一个资源资源数目减一，获取资源，进程进入，可能会发生阻塞.
V ：释放一个资源，资源数目加一，释放资源，进程出来，不会发生阻塞

使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是：
（1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。
（2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。
（3）互斥信号量的初值一般为1。

不加同步信号量的程序：

程序A.c

   #include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<assert.h>int main(){int i=0;for(;i<5;i++){write(1,"A",1);int n=rand()%3;sleep(n);write(1,"A",1);n=rand()%3;sleep(n);}sleep(10);exit(0);}

程序B.c

  #include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<assert.h>int main(){int i=0;for(;i<5;i++){write(1,"B",1);int n=rand()%3;sleep(n);write(1,"B",1);n=rand()%3;sleep(n);}exit(0);}

运行结果如下
从图中可以看出没有使用信号量机制的时候进程不是同步的；
同步时的输出结果应该是A和B是成对出现的
例如：AABBAABBAAAABBBBAABB这种样子

使用信号量机制后的程序：

程序A.c

#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<assert.h>#include"sem.h"int main(){sem_init();int i=0;for(;i<5;i++){sem_p();write(1,"A",1);int n=rand()%3;sleep(n);write(1,"A",1);sem_v();n=rand()%3;sleep(n);}sleep(10);sem_destroy();exit(0);}

程序B.c

#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<assert.h>int main(){sem_init();int i=0;for(;i<5;i++){sem_p();write(1,"B",1);int n=rand()%3;sleep(n);write(1,"B",1);sem_v();n=rand()%3;sleep(n);}exit(0);}

程序sem.h 为使用信号量同步进程的头文件

  #include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<assert.h>#include<sys/sem.h>union semun{int val;}; void sem_init();void sem_p();void sem_v();void sem_destroy();

程序sem.c

   #include"sem.h"static int semid=-1;void sem_init(){semid=semget((key_t)1234,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);if(semid==-1){semid=semget((key_t)1234,1,0600);if(semid==-1){perror("semget error");return;}}else{union semun a;a.val=1;if(semctl(semid,0,SETVAL,a)==-1){perror("semctl error");}}return ;}void sem_p(){struct sembuf buf;buf.sem_num=0;buf.sem_op=-1;//pbuf.sem_flg=SEM_UNDO;//程序崩掉也会将资源还回去if(semop(semid,&buf,1)==-1){perror("semop p error");}}void sem_v(){struct sembuf buf;buf.sem_num=0;buf.sem_op=1;//vbuf.sem_flg=SEM_UNDO;//程序崩掉也会将资源还回去if(semop(semid,&buf,1)==-1){perror("semop v error");}}void sem_destroy(){if(semctl(semid,0,IPC_RMID)==-1)//若删除失败{perror("semctl error");}}

运行结果如下

由运行结果可以看出：使用信号量机制实现了进程之间的同步