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;
}
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