目前小说网站排名,做论坛网站的cms,网络上哪里可以做推广,网络营销讲师培训信号量概念信号量本质上是一个计数器#xff08;不设置全局变量是因为进程间是相互独立的#xff0c;而这不一定能看到#xff0c;看到也不能保证引用计数为原子操作#xff09;,用于多进程对共享数据对象的读取#xff0c;它和管道有所不同#xff0c;它不以传送数据为…信号量概念信号量本质上是一个计数器不设置全局变量是因为进程间是相互独立的而这不一定能看到看到也不能保证引用计数为原子操作,用于多进程对共享数据对象的读取它和管道有所不同它不以传送数据为主要目的它主要是用来保护共享资源信号量也属于临界资源使得资源在一个时刻只有一个进程独享。信号量分类因为各种原因Linux下有多种信号量实现机制可以分别应用于不同的场合分类如下用户信号量主要运行于用户态比如进程间都要访问某个文件那么只有获得信号量的进程才能打开文件其他进程会进入休眠我们也可以查看当前信号量的值以判断是否要进入临界区。内核信号量主要运行于Linux内核主要实现对内核临界资源的互斥使用比如某个设备只能被某一个进程打开无法打开设备的例程会导致用户空间的进程休眠。POSIX有名信号量主要应用于线程。 sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, int val);int sem_wait(sem_t *sem);int sem_trywait(sem_t *sem);int sem_post(sem_t *sem);int sem_close(sem_t *sem);int sem_unlink(const char *name);
每个open的位置都要close和unlink但只有最后执行的unlink生效POSIX无名信号量主要应用于线程。#includesemaphore.h
sem_t sem;
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val); //pshared为0则线程间共享pshared为1则父子进程共享
int sem_wait(sem_t *sem); //阻塞
int sem_trywait(sem_t *sem); //非阻塞
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_destroy(sem_t *sem);
进程间共享则sem必须放在共享内存区域mmap, shm_open, shmget父进程的全局变量、堆、栈中存储是不行的
内核信号量#includeasm/semaphore.h
void sema_init(struct semaphore *sem, int val);
void down(struct semaphore *sem); //可睡眠
int down_interruptible(struct semaphore *sem); //可中断
int down_trylock(struct semaphore *sem); //m非阻塞
void up(struct semaphore *sem);
除此之外信号量还有一种分类方法二值信号量binary semaphore和计数信号量counting semaphore。 二值信号量 顾名思义其值只有两种0或1相当于互斥量当值为1时资源可用而当值为0时资源被锁住进程阻塞无法继续执行。 计数信号量 其值是在0到某个限制值之间的信号量。信号量的工作原理信号量只能进行两种操作等待和发送信号信号量操作总结起来其核心是PV操作P(sv)和V(sv),他们的行为是这样的1P(sv) 如果sv的值大于零就给它减1如果它的值为零就挂起该进程的执行2V(sv) 如果有其他进程因等待sv而被挂起就让它恢复运行如果没有进程因等待sv而挂起就给它加1.在信号量进行PV操作时都为原子操作因为它需要保护临界资源注原子操作单指令的操作称为原子的单条指令的执行是不会被打断的System V IPC讲解System V信号量之前先了解下什么是System V IPC。System V IPC一共有三种类型的IPC合称为System V IPCSystem V信号量System V消息队列System V共享内存System V IPC在访问它们的函数和内核为它们维护的信息上有一些类似点主要包括IPC键和ftok函数ipc_perm结构创建或打开时指定的用户访问权限ipcs和ipcrm命令下表汇总了所有System V IPC函数。ble data-draft-nodeblock data-draft-typetable data-sizenormal data-row-stylenormalIPC键和ftok函数三种类型的System V IPC都使用IPC键作为它们的标识IPC键是一个key_t类型的整数该类型在sys/types.h中定义。 IPC键通常是由ftok函数赋予的该函数把一个已存在的路径名pathname和一个非0整数id组合转换成一个key_t值即IPC键。#include sys/ipc.h//成功返回IPC键失败返回-1
key_t ftok(const char *pathname, int id);
参数说明pathname在是程序运行期间必须稳定存在不能反复创建与删除id不能为0可以是正数或者负数ipc_perm结构内核给每个IPC对象维护一个信息结构即struct ipc_perm结构该结构及System V IPC函数经常使用的常值定义在sys/ipc.h头文件中。struct ipc_perm
{uid_t uid; //owners user idgid_t gid; //owners group iduid_t cuid; //creators group idgid_t cgid; //creators group idmode_t mode; //read-write permissionsulong_t seq; //slot usage sequence numberkey_t key; //IPC key
};
创建与打开IPC对象创建或打开一个IPC对象使用相应的xxxget函数它们都有两个共同的参数参数keykey_t类型的IPC键参数oflag用于指定IPC对象的读写权限ipc_perm.mode并选择是创建一个新的IPC对象还是打开一个已存在的IPC对象对于参数key应用程序有两种选择调用ftok给它传pathname和id指定key为IPC_PRIVATE这将保证会创建一个新的、唯一的IPC对象但该标志不能用于打开已存在的IPC对象只能是新建对于参数oflag如上所述它包含读写权限、创建或打开这两方面信息可以指定IPC_CREAT标志其含义和Posix IPC的O_CREAT一样还可以设置为下表所示的常值来指定读写权限 ipcs和ipcrm命令由于System V IPC的三种类型不是以文件系统路径名标识的因此无法使用ls和rm命令查看与删除它们
ipcs和ipcrm分别用于查看与删除系统中的System V IPC
usage : ipcs -asmq -tclup ipcs [-s -m -q] -i idipcs -h for help.usage: ipcrm [ [-q msqid] [-m shmid] [-s semid][-Q msgkey] [-M shmkey] [-S semkey] ... ]
SYSTEM V 信号量SystemV信号量并不如Posix信号量那样“好用”但相比之下它的年代更加久远但是SystemV使用的却更加广泛尤其是在老系统中。System V信号量是指的计数信号量集(set of counting semaphores),是一个或多个信号量的集合其中每个都是计数信号量。(注System V 信号量是计数信号量集Posix 信号量是单个计数信号量。)所有函数共用头文件#include sys/types.h
#include sys/ipc.h
#include sys/sem.h
创建信号量int semget(key_t key,int nsems,int flags)
//返回:成功返回信号集ID出错返回-1
(1)第一个参数key是长整型唯一非零系统建立IPC通讯 消息队列、 信号量和 共享内存 时必须指定一个ID值。通常情况下该id值通过ftok函数得到由内核变成标识符要想让两个进程看到同一个信号集只需设置key值不变就可以。(2)第二个参数nsem指定信号量集中需要的信号量数目它的值几乎总是1。(3)第三个参数flag是一组标志当想要当信号量不存在时创建一个新的信号量可以将flag设置为IPC_CREAT与文件权限做按位或操作。 设置了IPC_CREAT标志后即使给出的key是一个已有信号量的key也不会产生错误。而IPC_CREAT | IPC_EXCL则可以创建一个新的唯一的信号量如果信号量已存在返回一个错误。一般我们会还或上一个文件权限删除和初始化信号量int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能 信号量控制操作。 参数 semid标示操作的信号量集semnum标示该信号量集内的某个成员(0,1等直到nsems-1),semnum值仅仅用于GETVAL,SETVAL,GETNCNT,GETZCNTGETPID,通常取值0也就是第一个信号量cmd:指定对单个信号量的各种操作IPC_STAT,IPC_GETVAL,IPC_SETVAL,IPC_RMID;arg: 可选参数取决了第三个参数cmd。 返回值 若成功根据cmd不同返回不同的值IPC_STAT,IPC_SETVAL,IPC_RMID返回0IPC_GETVAL返回信号量当前值出错返回-1.如有需要第四个参数一般设置为union semnu arg定义如下union semun
{ int val; //使用的值struct semid_ds *buf; //IPC_STAT、IPC_SET 使用的缓存区unsigned short *arry; //GETALL,、SETALL 使用的数组struct seminfo *__buf; // IPC_INFO(Linux特有) 使用的缓存区
};
1sem_id是由semget返回的信号量标识符2semnum当前信号量集的哪一个信号量3cmd通常是下面两个值中的其中一个 SETVAL用来把信号量初始化为一个已知的值。p 这个值通过union semun中的val成员设置其作用是在信号量第一次使用前对它进行设置。 IPC_RMID用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符删除的话就不需要缺省参数只需要三个参数即可。结构体由于system v信号量是伴随着内核的启动而生成,我们可以在源码文件sem.c中看到static struct ipc_ids sem_ids;它是system v信号量的入口因此在系统运行过程中是一直存在的。它所保存的信息是资源在sem中是信号量集也可以是msg,shm的信息。如 struct ipc_ids {int in_use;//说明已分配的资源个数int max_id;/在使用的最大的位置索引unsigned short seq;//下一个分配的位置序列号unsigned short seq_max;//最大位置使用序列struct semaphore sem; //保护 ipc_ids的信号量struct ipc_id_ary nullentry;//如果IPC资源无法初始化则entries字段指向伪数据结构struct ipc_id_ary* entries;//指向资源ipc_id_ary数据结构的指针};
它的最后一个元素 entries指向struct ipc_id_ary这样一个数据结构它有两个成员 struct ipc_id_ary {int size;//保存的是数组的长度值struct kern_ipc_perm *p[0];//它是个指针数组 数组长度可变内核初始化后它的值为128
};
正如我们在上图看到的sem_ids.entries-p指向sem_array这个数据结构为什么呢我们看信号量集sem_array这个数据结构/* One sem_array data structure for each set of semaphores in the system. */
struct sem_array {struct kern_ipc_perm sem_perm; /* permissions .. see ipc.h */time_t sem_otime; /* last semop time */time_t sem_ctime; /* last change time */struct sem *sem_base; /* ptr to first semaphore in array */指向信号量队列struct sem_queue *sem_pending; /* pending operations to be processed */指向挂起队列的首部struct sem_queue **sem_pending_last; /* last pending operation */指向挂起队列的尾部struct sem_undo *undo; /* undo requests on this array */信号量集上的 取消请求unsigned long sem_nsems; /* no. of semaphores in array */信号量集中的信号量的个数
};
这样sem_ids.entries就跟信号量集sem_array关联起来了但是为什么要通过kern_ipc_perm关联呢为什么不直接由sem_ids指向sem_array呢这是因为信号量消息队列共享内存实现的机制基本差不多所以他们都是通过ipc_id_ary这个数据结构管理而通过kern_ipc_perm他们与各自的数据结构关联起来。这样就清楚了在后面我们来看内核函数sys_semget()是如何进行创建信号量集并将其加入到sem_ids.entries中的。改变信号量的值int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nops);功能 操作信号量P,V 操作参数 semid:信号量集标识符;nops是opstr数组中元素数目通常取值为1opstr指向一个结构数组 nsops进行操作信号量的个数即sops结构变量的个数需大于或等于1。最常见设置此值等于1只完成对一个信号量的操作 sembuf的定义如下struct sembuf{ short sem_num; //除非使用一组信号量否则它为0 short sem_op; //信号量在一次操作中需要改变的数据通 //常是两个数一个是-1即P等待操作 //一个是1即V发送信号操作。 short sem_flg; //通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪 //信号量并在进程没有释放该信号量而终止时操作系统释放信号量
};
返回值 成功返回信号量标识符出错返回-1一般编程步骤创建信号量或获得在系统中已存在的信号量 1). 调用semget(). 2). 不同进程使用同一个信号量键值来获得同个信号量初始化信号量 1).使用semctl()函数的SETVAL操作 2).当使用二维信号量时通常将信号量初始化为1进行信号量PV操作 1). 调用semop()函数 2). 实现进程之间的同步和互斥如果不需要该信号量从系统中删除 1).使用semctl()函数的IPC_RMID操作实例#include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include sys/types.h
#include unistd.h
#include sys/sem.h
#include sys/ipc.h
#define USE_SYSTEMV_SEM 1
#define DELAY_TIME 2
union semun {int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;
};
// 将信号量sem_id设置为init_value
int init_sem(int sem_id,int init_value) {union semun sem_union;sem_union.valinit_value;if (semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union)-1) {perror(Sem init);exit(1);}return 0;
}
// 删除sem_id信号量
int del_sem(int sem_id) {union semun sem_union;if (semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union)-1) {perror(Sem delete);exit(1);}return 0;
}
// 对sem_id执行p操作
int sem_p(int sem_id) {struct sembuf sem_buf;sem_buf.sem_num0;//信号量编号sem_buf.sem_op-1;//P操作sem_buf.sem_flgSEM_UNDO;//系统退出前未释放信号量系统自动释放if (semop(sem_id,sem_buf,1)-1) {perror(Sem P operation);exit(1);}return 0;
}
// 对sem_id执行V操作
int sem_v(int sem_id) {struct sembuf sem_buf;sem_buf.sem_num0;sem_buf.sem_op1;//V操作sem_buf.sem_flgSEM_UNDO;if (semop(sem_id,sem_buf,1)-1) {perror(Sem V operation);exit(1);}return 0;
}
int main() {pid_t pid;
#if USE_SYSTEMV_SEMint sem_id;key_t sem_key;sem_keyftok(.,A);printf(sem_key%xn,sem_key);//以0666且create mode创建一个信号量返回给sem_idsem_idsemget(sem_key,1,0666|IPC_CREAT);printf(sem_id%xn,sem_id);//将sem_id设为1init_sem(sem_id,1);
#endifif ((pidfork())0) {perror(Fork error!n);exit(1);} else if (pid0) {
#if USE_SYSTEMV_SEMsem_p(sem_id); // P操作
#endifprintf(Child running...n);sleep(DELAY_TIME);printf(Child %d,returned value:%d.n,getpid(),pid);
#if USE_SYSTEMV_SEMsem_v(sem_id); // V操作
#endifexit(0);} else {
#if USE_SYSTEMV_SEMsem_p(sem_id); // P操作
#endifprintf(Parent running!n);sleep(DELAY_TIME);printf(Parent %d,returned value:%d.n,getpid(),pid);
#if USE_SYSTEMV_SEMsem_v(sem_id); // V操作waitpid(pid,0,0);del_sem(sem_id);
#endifexit(0);}
}
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