信号量的操做——semop函数

时间 2019-12-08

标签信号 semop 函数繁體版

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信号量的值与相应资源的使用状况有关，当它的值大于 0 时，表示当前可用的资源数的数量；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。信号量的值仅能由 PV 操做来改变。linux

在 Linux 下，PV 操做经过调用semop函数来实现。该函数定义在头文件 sys/sem.h中，原型以下：

int semop（int semid，struct sembuf *sops，size_t nsops）；

函数的参数 semid 为信号量集的标识符；参数 sops 指向进行操做的结构体数组的首地址；参数 nsops 指出将要进行操做的信号的个数。 semop 函数调用成功返回 0，失败返回 -1。

semop 的第二个参数 sops 指向的结构体数组中，每一个 sembuf 结构体对应一个特定信号的操做。所以对信号量进行操做必须熟悉该数据结构，该结构定义在 linux/sem.h，以下所示：

struct sembuf{

unsigned short sem_num; //信号在信号集中的索引，0表明第一个信号，1表明第二个信号

short sem_op; //操做类型

short sem_flg; //操做标志

};

下面详细介绍一下 sembuf 的几个参数：

--------------------------------------------------------------------------------------------------

sem_op 参数：

sem_op > 0 信号加上 sem_op 的值，表示进程释放控制的资源；

sem_op = 0 若是没有设置 IPC_NOWAIT，则调用进程进入睡眠状态，直到信号量的值为0；不然进程不回睡眠，直接返回 EAGAIN

sem_op < 0 信号加上 sem_op 的值。若没有设置 IPC_NOWAIT ，则调用进程阻

塞，直到资源可用；不然进程直接返回EAGAIN

sem_flg 参数：

该参数可设置为 IPC_NOWAIT 或 SEM_UNDO 两种状态。只有将 sem_flg 指定为 SEM_UNDO 标志后，semadj （所指定信号量针对调用进程的调整值）才会更新。此外，若是此操做指定 SEM_UNDO ，系统更新过程当中会撤消此信号灯的计数（ semadj ）。此操做能够随时进行 --- 它永远不会强制等待的过程。调用进程必须有改变信号量集的权限。

sem_flg公认的标志是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。若是操做指定SEM_UNDO，它将会自动撤消该进程终止时。

在标准操做程序中的操做是在数组的顺序执行、原子的，那就是，该操做要么做为一个完整的单元，要么不。若是不是全部操做均可以当即执行的系统调用的行为取决于在我的sem_flg领域的IPC_NOWAIT标志的存在。
------------------------------------------------------------------------------------------------- 数组

对信号量最基本的操做就是进行PV操做，而System V信号量正是经过 semop 函数和 sembuf 结构体的数据结构来进行PV操做的。

当 sembuf 的第二个数据结构 sem_op 设置为负数时，是对它进行P操做，即减1操做；当设置为正数时，就是进行V操做，即加1操做。

下面举一个对一个信号量集中的某个信号进行 PV 操做的函数实现：

//P操做函数

int sem_p( int semid, int index )

{

struct sembuf buf = { 0, -1, IPC_NOWAIT};

if ( index < 0 )

{

perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );

return -1;

}

buf.sem_num = index;

if ( semop ( semid, &buf, 1) == -1)

{

perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );

return -1;

}

return 0;

}

//V操做函数

int sem_p( int semid, int index )

{

struct sembuf buf = { 0, 1, IPC_NOWAIT};

if ( index < 0 )

{

perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );

return -1;

}

buf.sem_num = index;

if ( semop ( semid, &buf, 1) == -1)

{

perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );

return -1;

}

return 0;

}

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T&T的贝尔实验室，对Unix早期的进程间通讯进行了改进和扩充，造成了"system V IPC"，其通讯进程主要局限在单个计算机内。IPC对象指的是共享内存(share memory)、消息队列(message queue)和信号灯集(semaphore)。数据结构

信号灯(semaphore)，也叫信号量。它是不一样进程间或一个给定进程内部不一样线程间同步的机制。System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每个都是单独的计数信号灯。System V 信号灯由内核维护。主要函数semget，semop，semctl。函数

本文重点介绍的是semop函数。该函数主要功能是对信号灯进行P/V操做。post

P操做责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态，直到另一个进程唤醒它。操做为：申请一个空闲资源（把信号量减1），若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞；spa

V操做负责把一个被阻塞的进程唤醒，它有一个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息。操做为：释放一个被占用的资源（把信号量加1），若是发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之。操作系统

semop函数原型以下：线程

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);xml

semop操做中：sembuf结构的sem_flg成员能够为0、IPC_NOWAIT、SEM_UNDO 。为SEM_UNDO时，它将使操做系统跟踪当前进程对这个信号量的修改状况，若是这个进程在没有释放该信号量的状况下终止，操做系统将自动释放该进程持有的。对象

sembuf结构的sem_flg成员为SEM_UNDO时，它将使操做系统跟踪当前进程对这个信号量的修改状况，若是这个进程在没有释放该信号量的状况下终止，操做系统将自动释放该进程持有的信号量

问题描述：假设父子进程对一个文件进行写操做，可是这个文件同一时间只能有一个进程进行写操做。

示例程序以下：

#include <stdio.h>
        //……此处省略了头文件
        void P(int sid)
        {
            struct sembuf sem_p;
            sem_p.sem_num = 0;
            sem_p.sem_op = -1;
            sem_p.sem_flg = 0;

            if (semop(sid, &sem_p, 1) == -1)
            {
                perror("p op failed");
                exit(1);
            }
        }

        void V(int sid)
        {
            struct sembuf sem_p;
            sem_p.sem_num = 0;
            sem_p.sem_op = 1;
            //sem_p.sem_flg = SEM_UNDO;
            sem_p.sem_flg = 0;

            if (semop(sid, &sem_p, 1) == -1)
            {
                perror("v op failed");
                exit(1);
            }
        }

        int main(int argc, char * argv[ ])
        {
            pid_t pid;
            int fd;
            key_t key;
            int sid;

            if ((fd = open("semset", O_RDWR | O_CREAT, 0666)) == -1)
            {
                perror("open");
                exit( -1);
            }

            if ((key=ftok("semset", 'a')) == -1)
            {
                perror("ftok");
                return -1;
            }

            if ((sid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666)) == -1)
            {
                perror("createSemset");
                exit(-1);
            }

            if( -1==semctl(sid, 0, SETVAL, 1) )
            {
                perror("SETVAL");
                exit(1);
            }

            if ((pid=fork()) == -1)
            {
                perror("fork");
                exit(-1);
            }
            else if ( 0 == pid )
            {
                while(1)
                {
                    P(sid);
                    printf("child writing\n");
                    sleep(1);
                    printf("child finish post\n");

                    V(sid);
                }
            }
            else
            {
                while(1)
                {
                    P(sid);
                    printf("parent writing");

                    sleep(1);
                    printf("parent writing finish post\n");

                    V(sid);
                }
            }

            return 0;
        }

在该程序中，父子进程都有可能执行P操做成功，所以，两个进程中的提示语句，交替显示。若经过kill命令把其中一个进程杀死，且该进程尚未执行V操做释放资源。若使用SEM_UNDO标志，则操做系统将自动释放该进程持有的信号量，从而使得另一个进程能够继续工做。若没有这个标志，另外进程将P操做永远阻塞。

所以，通常建议使用SEM_UNDo标志。

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IPC_NOWAIT：当指定的操做不能完成时，进程不等待当即返回，返回值为-1，errno置为EAGAIN。