探究Linux C中的信号量机制 (linux c 信号量)
在Linux系统中，信号量机制是一个非常重要的IPC（进程间通信）方式之一。通过使用信号量，可以让多个进程之间互相配合，实现共享资源的访问和互斥访问。本文将从信号量的概念、在Linux系统中信号量的实现方式以及使用信号量实现进程同步和互斥的应用方面进行探究。
一、信号量的概念
信号量（Semaphore）是一种用于多进程之间同步互斥的机制，是操作系统中的一个标准机制，可以用于实现资源的互斥访问和进程之间的同步。在Linux系统中，信号量是一个32位的整数，对其进行原子操作，比如加、减等，用来实现进程的同步、互斥操作。
信号量的定义如下：
typedef union semun{
int val; // 信号量的值
struct semid_ds *buf; // IPC信号量的管理结构体
unsigned short *array; // 数组指针
struct seminfo *__buf; // 具体信息
}semun;
其中，对于不同的应用场景，struct semid_ds和struct seminfo所定义的属性也有所不同。在Linux系统中，信号量常常分为System V IPC和POSIX IPC两种类型。
二、在Linux中的信号量实现方式
在Linux中，信号量的实现方式多种多样，如System V IPC、POSIX IPC、SysVIPC、POSIX named semaphores等，下面主要对System V IPC进行介绍。
System V IPC是一种IPC机制，包括消息队列、信号量和共享内存等。它的实现方式基于内核态，无法在用户态直接操作，需要通过系统调用的方式来操作。
Linux系统中实现信号量机制的主要函数有semget()、semop()和semctl()。
1、 semget()函数：创建和获取一个信号量
通过调用semget()函数来创建和获取一个信号量，semget()函数的定义如下：
#include
#include
#include
int semget(key_t key, int nsems, int sem);
其中，key是信号量的标识符，nsems表示需要的信号量个数，sem则指定信号量的访问权限等设置。
2、semop()函数：进行信号量的加减操作
通过调用semop()函数来进行信号量的加减操作，semop()函数的定义如下：
#include
#include
#include
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
其中，semid是信号量的标识符，sops是一个结构体，用于指定需要进行的操作，nsops表示进行操作的个数。
3、semctl()函数：进行信号量控制操作
通过调用semctl()函数来进行信号量的控制操作，semctl()函数的定义如下：
#include
#include
#include
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …);
其中，semid是信号量的标识符，semnum表示需要控制的信号量在中的下标，cmd表示需要进行的控制操作。
三、信号量的使用
通过信号量的加减操作以及控制操作，可以实现多个进程之间的同步和互斥。比如通过以下方式可以实现多个进程之间的同步：
1、设定一个计数器counter，初值为0
2、定义一个信号量semid，初值为0
3、一个进程P执行semop(semid, 1)，如果semid的值为0，则等待；否则counter+1
4、一个进程V执行semop(semid, -1)，如果counter为0，则等待；否则counter-1
使用信号量实现进程同步和互斥的应用场景至少有以下几个：
1、文件读写锁
多个进程同时对一个文件进行读写操作时，可能会出现访问竞争的情况，为此可以使用信号量来进行控制，实现文件的读写锁。
2、生产者和消费者
在生产者和消费者的场景中，生产者可以生产一定数量的物品供消费者使用，而消费者则需要在生产数量有限的情况下，对资源进行协调访问，避免竞争的发生，从而保证生产者和消费者之间的协作高效完成。
3、互斥调用
在互斥调用场景中，需要协调多个进程共同访问共享资源，通过使用信号量，可以避免多个进程同时调用共享资源，导致冲突和死锁的情况出现。
相关问题拓展阅读：
linux进程间通信问题 我想用共享内存的方式实现信号量控制一个不许并行的的函数 请问下面我的代码合理吗
我想你的目的是有一段代码 （即你标的 /*……….只能单独进行的函数………*/）
在任意时刻最多只能有最多一个进程执行，是吧。
首先，你的腊胡做法是错的…… 简单的说，原因是由于
while( *shmaddr );
*shmaddr = 1;
这两行代码不是一个原子操作，从while判断出 *shmaddr等于0 到 *shmaddr=1 之间，另外一个或多个进程可能也会得到 *shmaddr==0 的判断，从而导致多个进程同时进入 /*……….只能单独进行的函数………*/
具体关于互斥的基本原理，以及你为什么错，可以找一本讲操作系统原理 （关于进程同步戚局游的高销内容）去看。
所以，用 shared memory 来实现进程同步肯定是不行的，正确的做法是使用 semaphore, 具体可以参考 《unix 环境高级编程》中关于 semaphore (信号量）使用的章节。
看你好像完全搞混了。。。什么叫用共享内存的方式实现信号量控制不能并行的代码？
首先共享内存和信号量都可以实现进程间通信，但是他们的作用或者说使用的方向是有明显的区别的：
1：共享内存是创建一块内存区域，多个进程可以同时访问该区域，一般用于进程间数据传输，效率比较明显基运兄。
2：信号量则完全不同，信号量主要是用来控制临界资源的访悄嫌问，也就是你说的不能并行的函数/代码。
3：说一下实现，共享内存直接用API就可以了，信号量一般会进行封装，类似于对链表的操作进行一些简单的函数封装一样，下面给出信号量的使用实例代码，可以参考：
sem_ctl.c文件内容：
int init_sem(int sem_id,int init_value)
{
union semun sem_union;
sem_union.val = init_value;
if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union) == -1)
{
perror(“semctl”);
return -1;
}
return 0;
}
int del_sem(int sem_id)
{
union semun sem_union;
if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union) == -1)
{
perror(“delete semaphore”);
return -1;
}
return 0;
}
int sem_p(int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = -1;
sem_b.sem_ = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id,&sem_b,1) ==-1)
{
perror(“P operation”);
return -1;
}
return 0;
}
int sem_v(int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = 1;
sem_b.sem_ = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id,&sem_b,1) == -1)
{
perror(“V opration”);
return -1;
}
return 0;
}
sem_ctl.h文件内容搏袭：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX 128
int count; //全局变量，即临界资源
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *__buf;
};
int init_sem(int sem_id,int init_value);
int del_sem(int sem_id);
int sem_p(int sem_id);
int sem_v(int sem_id);
在应用程序中只要包含sem_ctl.h就可以使用信号量的p、v操作了，下面给出2个c程序同时操作该信号量的情况，类似于：
server.c文件内容如下：
#include “util.h”
#include
int semid;
void sighandler(int signo)
{
del_sem(semid);
exit(0);
}
void server()
{
key_t key;
initcount();
if((key = ftok(“.”,’e’)) == -1)
{
perror(“ftok”);
exit(1);
}
if((semid = semget(key,1,0666|IPC_CREAT|IPC_EXCL)) == -1)
{
perror(“semget”);
exit(1);
}
printf(“the semid is :%d\n”,semid);
init_sem(semid, 0);
signal(SIGINT,sighandler);
signal(SIGUSR1,sighandler);
signal(SIGALRM,sighandler);
while(1)
{
sem_p(semid);
/* do something */
printf(“count =%d\n”,count++);
sem_v(semid);
sleep(2);
}
}
int main(void)
{
server();
}
client.c文件内容如下：
#include “sem_ctl.h”
void custom()
{
int semid;
key_t key;
if((key = ftok(“.”,’e’)) == -1)
{
perror(“ftok”);
exit(1);
}
if((semid = semget(key,0,0)) == -1)
{
perror(“semget”);
exit(1);
}
printf(“the semid is :%d\n”,semid);
while(1)
{
sem_p(semid); //获得信号量，同一时间只有一个进程能获得该信号量
/* do something */
printf(“count =%d\n”,count++);
sem_v(semid); //释放信号量
sleep(2);
}
}
int main(void)
{
custom();
}
编译好，运行的时候先运行server再运行client。
关于linux c 信号量的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。
