Linux IPC System V 信号量

模型

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
ftok()              //获取key
semget()            //创建/获取信号量集
semctl()            //初始化信号量集
semop()             //操作信号量集
semctl()            //删除信号量集

ftok()

//获取key值, key值是System V IPC的标识符，成功返回key，失败返回-1设errno
//同pathname+同 proj_id==>同key_t;
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

pathname :文件名

proj_id: 1~255的一个数，表示project_id

key_t key=ftok(".",100);	//“.”就是一个存在且可访问的路径, 100是假设的proj_id
	if(-1==key)
		perror("ftok"),exit(-1);

semget():

//创建/获取一个信号量集，成功返回semid，失败返回-1
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

nsems: 信号量集的大小/信号量的个数，0表示获取已经存在的信号量集

semflg

• IPC_CREAT :若不存在则创建, 需要在msgflg中＂|权限信息＂; 若存在则打开
• IPC_EXCL :若存在则创建失败
• 0 :获取已经存在的信号量集

//create sem
semid=semget(key,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);
if(-1==semid)
	perror("semid"),exit(-1);

semctl()

//主要用于对指定的信号量集/信号量执行指定的操作,成功返回0,失败返回-1设errno
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

semid: 信号量集的编号(哪个信号量集)

semnum: 信号量集的下标(这个信号量集里的哪个信号量)

cmd:具体的操作命令

• IPC_STAT 将内核中与semid相关的信息拷贝到arg.buf指向的结构体中
• IPC_SET将buf指向的semid_ds结构体的部分内容写入到内核中的相关数据结构中，同时更新sem_ctime成员
• IPC_RMID 立即销毁指定的信号量集，调用的进程的的effective UID必须和信号量集的创建者或所有者相匹配，或者这个进程有足够的特权级别，此时第四个参数会被忽略
• IPC_INFO(Linux-specific)返回系统对信号量集的限制到__buf指向的结构体seminfo中

//_GNU_SOURCE
struct  seminfo {
	int 	semmap;  	/* Number of entries in semaphore map; unused within kernel */
	int 	semmni;  	/* Maximum number of semaphore sets */
	int 	semmns; 	/* Maximum number of semaphores in all semaphore sets */
	int 	semmnu;  	/* System-wide maximum number of undo structures; unused within kernel */
	int 	semmsl;  	/* Maximum number of semaphores in a set */
   	int 	semopm;  	/* Maximum number of operations for  semop(2) */
	int 	semume;  	/* Maximum number of undo entries per process; unused within kernel */
 	int 	semusz;  	/* Size of struct sem_undo */
        int 	semvmx;  	/* Maximum semaphore value */
	int 	semaem;  	/* Max. value that can be recorded for semaphore adjustment (SEM_UNDO) */
};

//semmsl, semmns, semopm, semmni可以通过/proc/sys/kernel/sem来设置

• SEM_INFO (Linux-specific)返回和IPC_INFO一样的信息，除了以下方面：semusz成员返回当前系统中存在的信号量集的数目，semaem返回系统中所有信号量集中的信号量总数
• SEM_STAT(Linux-specific)返回semid_ds结构，类似与IPC_STAT
• GETALL 返回所有信号量的semval到arg.array中，忽略semnum
• GETNCNT 返回信号量集第semnum个信号量的semcnt值
• GETPID 返回信号量集第semnum个信号量的sempid值
• GETVAL 返回信号量集第semnum个信号量的semval值
• GETZCNT 返回信号量集第semnum个信号量的semzcnt值
• SETALL 使用arg.array设置信号量集里的所有的信号量的semval值，同时更新信号量集的semid_ds结构体的sem_ctime成员的值
• SETVAL返回信号量集第semnum个信号量的semval的值到arg.val中，同时更新信号量集的semid_ds结构体的sem_ctime成员的值

the fourth argument:

union semun {
	int				 val;	/* Value for SETVAL */
    struct semid_ds* buf;   /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
    unsigned short* array;  /* Array for GETALL, SETALL */
    struct seminfo* __buf;  /* Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) */
};

//<sys/sem.h>
struct semid_ds {
	struct ipc_perm	sem_perm;  	/* Ownership and permissions */
	time_t 			sem_otime; 	/* Last semop time */
    time_t 			sem_ctime;	/* Last change time */
    unsigned short	sem_nsems; 	/* No. of semaphores in set */
};

//<sys/ipc.h>
struct ipc_perm {
	key_t  			__key; 	/* Key supplied to semget(2) */
	uid_t   		uid;   	/* Effective UID of owner */
	gid_t  		 	gid;   	/* Effective GID of owner */
	uid_t   		cuid;  	/* Effective UID of creator */
	gid_t			cgid;  	/* Effective GID of creator */
 	unsigned short 	mode;  	/* Permissions */
   	unsigned short 	__seq; 	/* Sequence number */
};

int res=semctl(semid,0,SETVAL,5);
if(-1==res)
	perror("semctl"),exit(-1);
int res=semctl(semid,0,IPC_RMID);
if(-1==res)
	perror("semctl"),exit(-1);

semop():

//操作指定的信号量集，成功返回0,失败返回-1设errno
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

semid:信号集的ID(returned by semget())

sops:结构体指针, 既可以指向结构体变量, 也可以指向结构体数组信号量集本质上是若干个信号量的集合, 可以实现对信号量的批处理

struct sembuf{
	unsigned short 	sem_num;	//信号量集的下标
	short          	sem_op; 	//正数表示增加, 0表示不变, 负数表示减小
	short          	sem_flg;	//操作标志,默认给0
}

nsops:结构体指针指向的元素个数, 也就是数组的大小

例子

Sys V IPC sem
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<signal.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
	//get key
	key_t key=ftok(".",200);
	if(-1==key)
		perror("ftok"),exit(-1);
	printf("key=%d\n",key);
	//create sem
	int semid=semget(key,0,0);
	if(-1==semid)
		perror("semget"),exit(-1);
	printf("semid=%d\n",semid);
	//creat 10 children to take the shared resource
	int i=0;
	for(i=0;i<10;i++){		//创建10个进程, 当然,需要只给parent或child单独fork(), 否则就是2^10个进程
		pid_t pid=fork();
		if(-1==pid)
			perror("fork"),exit(-1);
		if(0==pid){

			struct sembuf buf;		//准备占用资源, sem_op-1
			buf.sem_num=0;		//信号量集下标
			buf.sem_op=-1;		//信号量-1
			buf.sem_flg=0;		//操作标志
			int res=semop(semid,&buf,1/*结构体变量的个数*/);
			if(-1==res)
				perror("semop"),exit(-1);

			sleep(20);			//模拟正在占用共享资源

			buf.sem_op=1;		//占用完了, sem_op+1
			res=semop(semid,&buf,1);
			if(-1==res)
				perror("semop"),exit(-1);

			exit(0);				//终止子进程, 自然也就跳出了循环,防止再fork()
		//	break;
		}
	}
	return 0;
}
//出现抢占的效果, 还没有全部释放完毕的时候就有进程抢到了已经释放的进程