Linux C 信号量

1、信号量的概念

用于协调多个进程（包括但不限于父子进程）对共享数据对象的读/写。它不以传送数据为目的，主要是用来保护共享资源，保证共享资源在一个时刻只有一个进程独享。

1.1、二元信号量

信号量是一个特殊的变量，只允许进程对它进行等待信号和发送信号操作。最简单的信号量是取值0和1的二元信号量，这是信号量最常见的形式，1表示可以访问，0表示加锁

2、函数介绍

Linux中提供了一组函数用于操作信号量，程序中需要包含以下头文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

2.1、semget函数

semget函数用来获取或创建信号量

typedef unsigned int key_t
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
参数：
	key：是信号量的键值，是信号量在系统中的编号（一般用十六进制表示）
	nsems：是创建信号量集中信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效，这里固定填1。
	sem_flags：是一组标志，如果希望信号量不存在时创建一个新的信号量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。如果没有设置IPC_CREAT标志并且信号量不存在，就会返错（errno的值为2，No such file or directory）

返回值：
	成功：返回信号量集的标识
	失败：-1

示例代码：
1）获取键值为0x5000的信号量，如果该信号量不存在，就创建它，代码如下：
int semid=semget(0x5000,1,0640|IPC_CREAT);

2）获取键值为0x5000的信号量，如果该信号量不存在，返回-1，errno的值被设置为2，代码如下：
int semid= semget(0x5000,1,0640)；

2.2、semctl函数

该函数用来控制信号量（常用于设置信号量的初始值和销毁信号量

int semctl(int semid, int sem_num, int command, ...);
参数：
	semid：		semget函数返回值
	sem_num：	是信号量集数组上的下标，表示某一个信号量，填0
	cmd：		是对信号量操作的命令种类，常用的有以下两个：
	IPC_RMID：销毁信号量，不需要第四个参数；
	SETVAL：初始化信号量的值（信号量成功创建后，需要设置初始值），这个值由第四个参数决定。

第四参数是一个自定义的共同体，如下：
// 用于信号灯操作的共同体。
  union semun
  {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *arry;
  };

示例：
1）销毁信号量。
  semctl(semid,0,IPC_RMID);
2）初始化信号量的值为1，信号量可用。
  union semun sem_union;
  sem_union.val = 1;
  semctl(semid,0,SETVAL,sem_union);

2.3、semop函数

该函数有两个功能：1）等待信号量的值变为1，如果等待成功，立即把信号量的值置为0，这个过程也称之为等待锁；2）把信号量的值置为1，这个过程也称之为释放锁。

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
参数：
	semid：semget函数返回的信号量标识
	sops：是一个结构体
struct sembuf
{
  short sem_num;   // 信号量集的个数，单个信号量设置为0。
  short sem_op;    // 信号量在本次操作中需要改变的数据：-1-等待操作；1-发送操作。
  short sem_flg;   // 把此标志设置为SEM_UNDO，操作系统将跟踪这个信号量。
                   // 如果当前进程退出时没有释放信号量，操作系统将释放信号量，避免资源被死锁。
};
	nsops：是操作信号量的个数，即sops结构变量的个数，设置它的为1（只对一个信号量的操作）

示例：
1）等待信号量的值变为1，如果等待成功，立即把信号量的值置为0； 
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = -1;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
semop(sem_id, &sem_b, 1);

2）把信号量的值置为1。
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = 1;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
semop(sem_id, &sem_b, 1);

3、示例代码

这段代码从严格来说是错误的，因为我没有加错误处理，这样子写主要是为了理解，大家看一下加深理解就好，

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

union semun  // 用于信号量操作的共同体。
{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short  *arry;
};

int main()
{
    int semid = semget(0x5000,1,0644|IPC_CREAT);            // 创建或获取信号量
    printf("semid:%d\n",semid);                             // 信号量id
    
    union semun sem_union;                                  // 设置信号量初始值
    sem_union.val = 1;
    semctl(semid,0,SETVAL,sem_union);

    int value = semctl(semid,0,GETVAL);                     // 获取当前信号量的值
    printf("value:%d\n",value);

    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = -1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;   
    semop(semid,&sem_b,1);                                 // 相当于加锁操作
                                                           // 设置完之后信号量值就变成0了，标识持有锁
    int value1 = semctl(semid,0,GETVAL);                   // 获取一下当前信号量值，当前值就是0
    printf("value1:%d\n",value1);

    sem_b.sem_num = 0; 
    sem_b.sem_op = 1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;   
    semop(semid,&sem_b,1);                                  // 释放锁操作
                                                            // 设置完，信号量值为1

    int value2 = semctl(semid,0,GETVAL);                    // 获取当前信号量值，当前值就是1
    printf("value1:%d\n",value2);

    return 0;
}

4、其他操作

1、用ipcs -s可以查看系统的信号量，内容有键值（key），信号量编号（semid），创建者（owner），权限（perms），信号量数（nsems）。

2、用ipcrm sem 信号量编号，可以手工删除信号量