信号量学习 & 共享内存同步
刚刚这篇文章学习了共享内存:http://www.cnblogs.com/charlesblc/p/6142139.html
里面也提到了共享内存,自己不进行同步,需要其他手段比如信号量来进行。那么现在就学习信号量咯。
信号灯(semaphore),也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。信号灯包括posix有名信号灯、 posix基于内存的信号灯(无名信号灯)和System V信号灯(IPC对象)
方法一、利用POSIX有名信号灯实现共享内存的同步
有名信号量既可用于线程间的同步,又可用于进程间的同步。
两个进程,对同一个共享内存读写,可利用有名信号量来进行同步。一个进程写,另一个进程读,利用两个有名信号量semr, semw。semr信号量控制能否读,初始化为0。 semw信号量控制能否写,初始为1。
读共享内存的程序示例代码如下
semr = sem_open("mysem_r", O_CREAT | O_RDWR , , 0);
if (semr == SEM_FAILED)
{
printf("errno=%d\n", errno);
return -;
} semw = sem_open("mysem_w", O_CREAT | O_RDWR, , 1);
if (semw == SEM_FAILED)
{
printf("errno=%d\n", errno);
return -;
} if ((shmid = shmget(key, MAXSIZE, | IPC_CREAT)) == -)
{
perror("semget");
exit(-);
} if ((shmadd = (char *)shmat(shmid, NULL, )) == (char *)(-))
{
perror("shmat");
exit(-);
} while ()
{
sem_wait(semr);
printf("%s\n", shmadd);
sem_post(semw);
}
写共享内存的程序示例代码如下
。。。。。。
//同读的程序
while ()
{
sem_wait(semw);
printf(">");
fgets(shmadd, MAXSIZE, stdin);
sem_post(semr);
}
方法二、利用POSIX无名信号灯实现共享内存的同步
POSIX无名信号量是基于内存的信号量,可以用于线程间同步也可以用于进程间同步。若实现进程间同步,需要在共享内存中来创建无名信号量。
因此,共享内存需要定义以下的结构体。
typedef struct
{
sem_t semr;
sem_t semw;
char buf[MAXSIZE];
}SHM;
无名信号量的数据类型是:sem_t;
(1)初始化函数:
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned value);
该函数将sem引用的无名信号量初始化为value,该参数表示拥有资源的个数,不能为负数。pshared指定为0,表示信号量只能由初始化这个信号量的进程使用,不能在进程间使用。一个无名信号量在被使用前必须先初始化。
该函数如果不成功将返回-1并设置errno。
(2)销毁函数:
int sem_destroy(sem_t *sem);
该函数用来销毁一个已经被初始化过的无名信号量。
如果不成功返回-1并设置errno。
(3)信号量操作函数:
intsem_wait(sem_t *sem);
该函数用来获取资源,如果信号量为0,表示这时没有相应资源空闲,那么调用线程就将挂起,直到有空闲资源可以获取。如果信号量不为0,那么表示这时有相应资源可用,那么将信号量减1,并返回,表示获取一个资源。
如果成功返回0,如果不成功,函数返回-1,并设置errno。值得注意的是,该函数是信号可中断的,当正在等待资源的线程收到信号(可捕捉信号)时,该函数返回-1并把errno设置为EINTR。所以,必须在被信号中断后重新启动该函数,简单代码如下:
while((-==sem_wait(&sem))&&(EINTR==errno));
sem_trywait(sem_t *sem);
该函数试图获取资源,当信号量为0时,它不阻塞,直接返回-1并将errno置为EAGAIN。
sem_post(sem_t *sem);
该函数实现了信号量的signal操作,如果没有线程阻塞在该sem上,表示没有线程等待该资源,这时该函数就对信号量的值进行增1操作,表示同类资源多增加了一个。如果至少有一个线程阻塞在该sem上,表示有线程等待资源,信号量为0,这时该函数保持信号量为0不变,并使某个阻塞在该sem上的线程从sem_wait函数中返回,表示有一个可用资源到达,并被某个线程占有,所以信号量还是为0。
读、写程序流程如下图所示。
方法三、利用System V的信号灯实现共享内存的同步
System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯指的是单个计数信号灯
System V 信号灯由内核维护,主要函数semget,semop,semctl 。
一个进程写,另一个进程读,信号灯集中有两个信号灯,下标0代表能否读,初始化为0。 下标1代表能否写,初始为1。
程序流程如下:
写的流程和前边的类似。
方法四、利用信号实现共享内存的同步
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟,是一种异步通信方式。利用信号也可以实现共享内存的同步。
思路:
reader和writer通过信号通信必须获取对方的进程号,可利用共享内存保存双方的进程号。
reader和writer运行的顺序不确定,可约定先运行的进程创建共享内存并初始化。
利用pause, kill, signal等函数可以实现该程序(流程和前边类似)。
还有这篇:
http://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10243617
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);
sem_id是由semget返回的信号量标识符,sembuf结构的定义如下:
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
};
3、semctl函数
该函数用来直接控制信号量信息,它的原型为:
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);
如果有第四个参数,它通常是一个union semum结构,定义如下:
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
代码如下:
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/sem.h> union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
}; static int sem_id = ; static int set_semvalue();
static void del_semvalue();
static int semaphore_p();
static int semaphore_v(); int main(int argc, char *argv[])
{
char message = 'X';
int i = ; //创建信号量
sem_id = semget((key_t), , | IPC_CREAT); if(argc > )
{
//程序第一次被调用,初始化信号量
if(!set_semvalue())
{
fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//设置要输出到屏幕中的信息,即其参数的第一个字符
message = argv[][];
sleep();
}
for(i = ; i < ; ++i)
{
//进入临界区
if(!semaphore_p())
exit(EXIT_FAILURE);
//向屏幕中输出数据
printf("%c", message);
//清理缓冲区,然后休眠随机时间
fflush(stdout);
sleep(rand() % );
//离开临界区前再一次向屏幕输出数据
printf("%c", message);
fflush(stdout);
//离开临界区,休眠随机时间后继续循环
if(!semaphore_v())
exit(EXIT_FAILURE);
sleep(rand() % );
} sleep();
printf("\n%d - finished\n", getpid()); if(argc > )
{
//如果程序是第一次被调用,则在退出前删除信号量
sleep();
del_semvalue();
}
exit(EXIT_SUCCESS);
} static int set_semvalue()
{
//用于初始化信号量,在使用信号量前必须这样做
union semun sem_union; sem_union.val = ;
if(semctl(sem_id, , SETVAL, sem_union) == -)
return ;
return ;
} static void del_semvalue()
{
//删除信号量
union semun sem_union; if(semctl(sem_id, , IPC_RMID, sem_union) == -)
fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore\n");
} static int semaphore_p()
{
//对信号量做减1操作,即等待P(sv)
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = ;
sem_b.sem_op = -;//P()
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sem_b, ) == -)
{
fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n");
return ;
}
return ;
} static int semaphore_v()
{
//这是一个释放操作,它使信号量变为可用,即发送信号V(sv)
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = ;
sem_b.sem_op = ;//V()
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
if(semop(sem_id, &sem_b, ) == -)
{
fprintf(stderr, "semaphore_v failed\n");
return ;
}
return ;
}
上面程序,起两个进程,X和O总是成对出现的,也就是说sleep的时候没有被打断。
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