Linux信號量詳解

一、信號量介紹

信號量是一種進程間通信機制，用於同步進程以及保護共享資源。它有三種類型：

• 二進制信號量：只有兩個值，0和1，用於互斥訪問共享資源。
• 計數信號量：其值可以大於1，用於同步。
• 共享內存信號量：用於控制共享內存的訪問。

Linux提供了信號量來實現進程間同步與互斥，提高了系統的並發性和可靠性。

二、信號量相關函數

在Linux中，信號量相關的函數包括：

• semget: 獲取一個信號量集合的標識符。
• semop: 對信號量集合進行操作。
• semctl: 對信號量集合進行控制。

    int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
    int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
    int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

semget函數用於創建或獲取一個信號量集合的標識符，semop函數用於對信號量集合進行操作，semctl函數用於對信號量集合進行控制。

三、信號量示例代碼

1. 創建信號量集合

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/sem.h>

    int main(int argc, char **argv)
    {
        key_t key = ftok(".", 'a');
        int semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);
        if (semid == -1)
        {
            printf("semget error\n");
            exit(1);
        }
        printf("semid=%d\n", semid);
        return 0;
    }

該示例代碼實現了創建一個新的信號量集合標識符。

2. 初始化信號量集合

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/sem.h>

    int init_sem(int semid, int val)
    {
        union semun {
            int val;
            struct semid_ds *buf;
            unsigned short *array;
        } arg;
        arg.val = val;
        return semctl(semid, 0, SETVAL, arg);
    }

    int main(int argc, char **argv)
    {
        key_t key = ftok(".", 'a');
        int semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);
        if (semid == -1)
        {
            printf("semget error\n");
            exit(1);
        }
        if (init_sem(semid, 1) == -1)
        {
            printf("init_sem error\n");
            exit(1);
        }
        printf("semid=%d\n", semid);
        return 0;
    }

該示例代碼實現了初始化一個新創建的信號量集合，將其值設置為1。

3. 獲取和釋放信號量

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/sem.h>

    int init_sem(int semid, int val)
    {
        union semun {
            int val;
            struct semid_ds *buf;
            unsigned short *array;
        } arg;
        arg.val = val;
        return semctl(semid, 0, SETVAL, arg);
    }

    int sem_p(int semid)
    {
        struct sembuf sops = {0, -1, SEM_UNDO};
        return semop(semid, &sops, 1);
    }

    int sem_v(int semid)
    {
        struct sembuf sops = {0, 1, SEM_UNDO};
        return semop(semid, &sops, 1);
    }

    int main(int argc, char **argv)
    {
        key_t key = ftok(".", 'a');
        int semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);
        if (semid == -1)
        {
            printf("semget error\n");
            exit(1);
        }
        if (init_sem(semid, 1) == -1)
        {
            printf("init_sem error\n");
            exit(1);
        }
        printf("semid=%d\n", semid);
        sem_p(semid);
        printf("Enter the critical area.\n");
        sem_v(semid);
        printf("Exit the critical area.\n");
        return 0;
    }

該示例代碼實現了獲取和釋放信號量的操作，用於同步進程對共享資源的訪問。

四、總結

本文對Linux信號量進行了詳細介紹，包括信號量的類型、相關函數和示例代碼。信號量是一種很重要的進程間通信機制，通過它可以保護共享資源、同步進程，提高系統的並發性和可靠性。