12.5 Linux_进程间通信_信号灯

概述

什么是信号灯：

信号灯也称为信号量，代表的是一类资源，其值表示系统中该资源的数量。

主要用途是实现进程、线程的同步。

什么是P/V操作：

P操作就是申请资源，V操作就是释放操作。

信号灯的种类：

Posix 有名信号灯：编译时需链接pthread库。有名信号灯文件存放在/dev/shm目录下

Posix 无名信号灯：只支持线程同步，编译时需链接pthread库

System V 信号灯

Posix 信号灯

Posix 信号灯的打开/关闭/删除函数有所不同，但PV操作是使用的同一组函数。具体函数如下

1、 打开/关闭/删除

1.1 有名信号灯

//打开
sem_t *sem_open(const char *name,int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,unsigned int value);
//关闭
int sem_close(sem_t *sem);
//删除
int sem_unlink(const char *name);

返回值：成功返回信号量指针，失败返回SEM_FAILED

name：信号灯的名字，即：文件名

oflag：打开方式，常用O_CREAT

mode：文件权限，常用0666

value：信号量值。二元信号灯值为1，普通信号灯表示资源数目。

1.2 无名信号灯

//创建
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
//销毁
int sem_destroy(sem_t *sem);

sem：信号量指针

pshared：写0，代表不能在进程间共享。Linux中无名信号灯不能在进程间通信

value：信号量值。

2、P/V操作

2.1 P操作

int sem_wait(sem_t *sem);

当信号量为0时，进入阻塞，直到信号量不为0

当信号量不为0时，会将信号量的值-1

2.2 V操作

int sem_post(sem_t *sem);

该函数使用后会将信号量值+1

System V 信号灯

1、创建

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

返回值：成功返回信号灯id，失败返回-1

key：键值，由ftok生成

nsems：信号灯的个数

semflg：权限，通常写为IPC_CREAT|0666

2、控制信号灯

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

semid：信号灯id

semnum：操作哪一个信号灯，序号从0开始

cmd：写入IPC_RMID，代表删除操作

           写入SETVAL，代表初始化信号灯的值，此时需要传入第四个参数，类型是共用体

union semun共用体：

union semun {int val;                //设置信号灯的初始值struct semid_ds *buf;unsigned short  *array;
} arg;

3、P/V操作

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

semid：信号灯id

sops：P/V操作

nsops：要操作的信号灯个数，通常写1

struct sembuf结构体：

struct sembuf {unsigned short sem_num;    //要操作的信号灯的编号short sem_op;              //1:V操作,-1:P操作short sem_flg;             //0:阻塞,IPC_NOWAIT不阻塞
};

示例代码

1、有名信号灯

见博文"12.2 Linux_进程间通信_共享内存"-"相关函数"-"实验代码"-"2、AB进程互传数据"

博文链接为：12.2 Linux_进程间通信_共享内存-CSDN博客

2、无名信号灯

无名信号灯只能用于线程间通信，下面是无名信号灯实现AB线程利用共享内存互传数据。

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>sem_t sem_mmap;
void* mmap_addr = NULL;
char buf[100] = {0};
int i=0;
void* Afun(void* arg){memcpy(mmap_addr,"A Start SIG",strlen("A Start SIG"));while(1){sem_wait(&sem_mmap);if(*(char*)mmap_addr == 'B'){//读出B线程写入的内容printf("A read:%s\n",(char*)mmap_addr+strlen("B"));//读取数据，不读取数据来源标号memset(mmap_addr,0,strlen(mmap_addr));//清空缓冲区//写入新数据memcpy(mmap_addr,"A",strlen("A"));//数据来源标号sprintf(buf,"A_Data:%d",i++);     //新数据memcpy(mmap_addr+strlen("A"),buf,strlen(buf));}sem_post(&sem_mmap);}
}
void* Bfun(void* arg){while(1){sem_wait(&sem_mmap);if(*(char*)mmap_addr == 'A'){//读出A线程写入的内容printf("B read:%s\n",(char*)mmap_addr+strlen("A"));memset(mmap_addr,0,strlen(mmap_addr));//清空缓冲区//写入新数据memcpy(mmap_addr,"B",strlen("B"));//数据来源标号sprintf(buf,"B get A data,B data is %d",i++);     //新数据memcpy(mmap_addr+strlen("B"),buf,strlen(buf));sleep(1);}sem_post(&sem_mmap);}
}#define FILE_PATH "./mmap"
int main(){pthread_t tid[2];int fd;//打开文件if((fd=open(FILE_PATH,O_RDWR)) < 0){perror("open");return -1;}//创建共享内存映射if((mmap_addr = mmap(NULL,4*1024,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){perror("mmap");return -1;}memset(mmap_addr,lseek(fd,0,SEEK_END),strlen(mmap_addr));//清空缓冲区close(fd);//创建共享内存映射后可以关闭文件描述符//创建信号量sem_init(&sem_mmap,0,1);//创建线程pthread_create(&tid[0],NULL,Afun,NULL);pthread_create(&tid[1],NULL,Bfun,NULL);while(1);return 0;
}

3、System V信号灯

使用SystemV信号灯实现"有名信号灯"章节的同样功能

A.c代码如下：

#include <sys/sem.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>#define FILE_PATH "./mmap"
union semun {int val;                //设置信号灯的初始值struct semid_ds *buf;unsigned short  *array;
} arg;
int main(){int fd;void* mmap_addr = NULL;int i=0;char buf[100] = {0};key_t key;int sem_mmap;struct sembuf semPV;//打开文件if((fd=open(FILE_PATH,O_RDWR)) < 0){perror("open");return -1;}//创建共享内存映射if((mmap_addr = mmap(NULL,4*1024,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){perror("mmap");return -1;}memset(mmap_addr,0,lseek(fd,0,SEEK_END));//清空缓冲区close(fd);//创建共享内存映射后可以关闭文件描述符//创建信号量key = ftok(".",1);if((sem_mmap = semget(key,1,IPC_CREAT|0666)) == -1){perror("sem_get");return -1;}arg.val = 1;semctl(sem_mmap,0,SETVAL,arg);//进程间通信memcpy(mmap_addr,"A Start SIG",strlen("A Start SIG"));while(1){semPV.sem_num = 0;semPV.sem_op=-1;semPV.sem_flg=0;semop(sem_mmap,&semPV,1);if(*(char*)mmap_addr == 'B'){//读出B进程写入的内容printf("A read:%s\n",(char*)mmap_addr+strlen("B"));//读取数据，不读取数据来源标号memset(mmap_addr,0,strlen(mmap_addr));//清空缓冲区//写入新数据memcpy(mmap_addr,"A",strlen("A"));//数据来源标号sprintf(buf,"A_Data:%d",i++);     //新数据memcpy(mmap_addr+strlen("A"),buf,strlen(buf));}semPV.sem_num = 0;semPV.sem_op=1;semPV.sem_flg=0;semop(sem_mmap,&semPV,1);}return 0;
}

B.c的代码如下：

#include <sys/mman.h>
#include <sys/sem.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>#define FILE_PATH "./mmap"
union semun {int val;                //设置信号灯的初始值struct semid_ds *buf;unsigned short  *array;
} arg;
int main(){int fd;void* mmap_addr = NULL;int i=0;char buf[100] = {0};key_t key;int sem_mmap;struct sembuf semPV;//打开文件if((fd=open(FILE_PATH,O_RDWR)) < 0){perror("open");return -1;}//创建共享内存映射if((mmap_addr = mmap(NULL,4*1024,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0)) == MAP_FAILED){perror("mmap");return -1;}memset(mmap_addr,0,lseek(fd,0,SEEK_END));//清空缓冲区close(fd);//创建共享内存映射后可以关闭文件描述符//创建信号量key = ftok(".",1);if((sem_mmap = semget(key,1,IPC_CREAT|0666)) == -1){perror("sem_get");return -1;}arg.val = 1;semctl(sem_mmap,0,SETVAL,arg);//进程间通信while(1){semPV.sem_num = 0;semPV.sem_op=-1;semPV.sem_flg=0;semop(sem_mmap,&semPV,1);if(*(char*)mmap_addr == 'A'){//读出A进程写入的内容printf("B read:%s\n",(char*)mmap_addr+strlen("A"));memset(mmap_addr,0,strlen(mmap_addr));//清空缓冲区//写入新数据memcpy(mmap_addr,"B",strlen("B"));//数据来源标号sprintf(buf,"B get A data,B data is %d",i++);     //新数据memcpy(mmap_addr+strlen("B"),buf,strlen(buf));sleep(1);}semPV.sem_num = 0;semPV.sem_op=1;semPV.sem_flg=0;semop(sem_mmap,&semPV,1);}return 0;
}