system V信号量和Posix信号量

一、函数上的区别

信号量有两种实现：传统的System V信号量和新的POSIX信号量。它们所提供的函数很容易被区分：对于所有System V信号量函数，在它们的名字里面没有下划线。例如，应该是semget()而不是sem_get()。然而，所有的的POSIX信号量函数都有一个下划线。下面列出了它们提供的所有函数清单：

Systm V	POSIX
semctl()	sem_getvalue()
semget()	sem_post()
semop()	sem_timedwait()
	sem_trywait()
	sem_wait()
	sem_destroy()
	sem_init()
	sem_close()
	sem_open()
	sem_unlink()

二、使用上的区别

1、XSI system V的信号量是信号量集，可以包括多个信号灯（有个数组），每个操作可以同时操作多个信号灯

     posix是单个信号灯，POSIX有名信号灯支持进程间通信，无名信号灯放在共享内存中时可以用于进程间通信。

2、POSIX信号量在有些平台并没有被实现，比如：SUSE8，而SYSTEM V大多数LINUX/UNIX都已经实现。两者都可以用于进程和线程间通信。但一般来说，system v信号量用于 进程间同步、有名信号灯既可用于线程间的同步，又可以用于进程间的同步、posix无名用于同一个进程的不同线程间，如果无名信号量要用于进程间同步，信号量要放在共享内存中。

3、POSIX有两种类型的信号量，有名信号量和无名信号量。有名信号量像system v信号量一样由一个名字标识。

4、POSIX通过sem_open单一的调用就完成了信号量的创建、初始化和权限的设置，而system v要两步。也就是说posix 信号是多线程，多进程安全的，而system v不是，可能会出现问题。

5、system V信号量通过一个int类型的值来标识自己（类似于调用open()返回的fd），而sem_open函数返回sem_t类型（长整形）作为posix信号量的标识值。

6、对于System V信号量你可以控制每次自增或是自减的信号量计数，而在Posix里面，信号量计数每次只能自增或是自减1。

7、Posix无名信号量提供一种非常驻的信号量机制。

8、相关进程: 如果进程是从一已经存在的进程创建，并最终操作这个创建进程的资源，那么这些进程被称为相关的。

三、注意事项

1、Posix有名信号灯的值是随内核持续的。也就是说，一个进程创建了一个信号灯，这个进程结束后，这个信号灯还存在，并且信号灯的值也不会改变。当持有某个信号灯锁的进程没有释放它就终止时，内核并不给该信号灯解锁

2、posix有名信号灯是通过内核持续的，一个进程创建一个信号灯，另外的进程可以通过该信号灯的外部名（创建信号灯使用的文件名）来访问它。posix基于内存的无名信号灯的持续性却是不定的，如果基于内存的信号灯是由单个进程内的各个线程共享的，那么该信号灯就是随进程持续的，当该进程终止时它也会消失。如果某个基于内存的信号灯是在不同进程间同步的，该信号灯必须存放在共享内存区中，这要只要该共享内存区存在，该信号灯就存在。

四、总结

1、System V的信号量一般用于进程同步, 且是内核持续的, api为：semget、semctl、semop

2、Posix的有名信号量一般用于进程同步, 有名信号量是内核持续的. 有名信号量的api为：sem_open、sem_close、sem_unlink

3、Posix的无名信号量一般用于线程同步, 无名信号量是进程持续的, 无名信号量的api为：sem_init、sem_destroy

五、代码示例

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">/*</span><span style="background-color: rgb(255, 255, 252);">
 * MultiProcessLock.cpp
 *
 *  Created on: 2013-8-28
 *  Detail: System V 信号量的使用
 */

#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>

// val当执行SETVAL命令时使用。buf在IPC_STAT/IPC_SET命令中使用。代表了内核中使用的信号量的数据结构。array在使用GETALL/SETALL命令时使用的指针。
union semun
{
	int val;                   /*value for SETVAL*/
	struct semid_ds *buf;      /*buffer for IPC_STAT & IPC_SET*/
	unsigned short int *array; /*array for GETALL & SETALL*/
	struct seminfo *__buf;     /*buffer for IPC_INFO*/
};

/* 等待一个二元信号量：阻塞直到信号量的值为正，然后将其减1  */
int binary_semaphore_wait(int semid)
{
	struct sembuf sem_b;

	sem_b.sem_num = 0;
	/* 减一。 */
	sem_b.sem_op = -1;
	/* 允许撤销操作 */
	sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
	return semop (semid, &sem_b, 1);
}

/* 对一个二元信号量执行投递操作：将其值加一。 这个操作会立即返回 */
int binary_semaphore_post (int semid)
{
	struct sembuf sem_b;
	/* 使用（且仅使用）第一个信号量 */
	sem_b.sem_num = 0;
	/* 加一 */
	sem_b.sem_op = 1;
	/* 允许撤销操作 */
	sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
	return semop (semid, &sem_b, 1);
}

int main()
{
	int iSemId;
	int nsems  = 1;

	/*
	 * 通过 IPC_CREAT | IPC_EXCL 可以判断这个key对应的信号量是不是已经存在了，这可以用在单进程运行多次的情况下，只初始化一次信号量的情况下
	 */
	int semflg = 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL; // 如果key对应的((semflg &IPC_CREAT) &&(semflg &IPC_EXCL))非0, 那么semget返回EEXIST
	key_t key = (key_t)0x20130828;

	/*创建一个新的信号量集*/
	iSemId = semget(key, nsems, semflg);
	if (iSemId < 0 && errno != EEXIST)
	{
		perror( "semget ") ;
		return -1;
	}

	if(iSemId >= 0) // 这个信号量是第一次创建，则初始化
	{
		printf("create: semid is %d\n", iSemId);
		/* 初始化信号量 */
		semun sem_union;
		sem_union.val = 1;
		if(semctl(iSemId, 0, SETVAL, sem_union) == -1)
		{
			perror("semctl");
			return -1;
		}
	}
	else  // 这个信号量已经有了，则获得这个信号量值
	{
		iSemId = semget(key, nsems, 0666);
		printf("exit: semid is %d\n", iSemId);
	}

	/* 进程同步执行 */
	for(int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		if(binary_semaphore_wait(iSemId))
		{
			perror("semop: ");
			exit(-1);
		}
		printf("%d ", getpid());
		sleep(1);
		printf("%d\n", getpid());
		if(binary_semaphore_post(iSemId))
		{
			exit(-1);
		}

	}

	return 0;
}</span>

/* posixSemProgessLock.cpp
 *
 *  Created on: 2013-8-29
 * Detail: 使用Posix信号量的进程同步
 */  

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#include <fcntl.h>  

#define SEM_NAME "0x20130829"  

int main()
{
    /* 初始化一个有名二元信号灯  */
    sem_t *sem;
    sem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT, 0666, 10);
    if(sem == SEM_FAILED)
    {
        perror("sem init failed:");
        return -1;
    }  

    int val;
    sem_wait(sem);
    sem_getvalue(sem,&val);
    printf("1: getvalue: value=%d, pid=%d\n",val, getpid());
    sleep(1);
    printf("2: getvalue: value=%d, pid=%d\n",val, getpid());
    sem_post(sem);
    sleep(1);
    sem_getvalue(sem,&val);
    printf("3: getvalue: value=%d, pid=%d\n",val, getpid());
    sem_unlink(SEM_NAME);
    return 0;
}  

PV原子操作主要用于进程或线程间的同步和互斥这两种典型情况。若用于互斥，几个进程（或线程）往往只设置一个信号量sem。 当信号量用于同步操作时，往往会设置多个信号量，并安排不同的初始值来实现它们之间的顺序执行，下面是一个线程同步的例子：

/*thread_sem.c*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>  

#define THREAD_NUMBER        3                 /* 线程数 */
#define REPEAT_NUMBER        3                 /* 每个线程中的小任务数 */
#define DELAY_TIME_LEVELS   10.0               /*小任务之间的最大时间间隔*/
sem_t sem[THREAD_NUMBER];  

void *thrd_func(void *arg)
{
    int thrd_num = (int)arg;
    int delay_time = 0;
    int count = 0;
    /* 进行P操作 */
    sem_wait(&sem[thrd_num]);
    printf("Thread %d is starting\n", thrd_num);  

    for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)
    {
        delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;
        sleep(delay_time);
        printf("\tThread %d: job %d delay = %d\n", thrd_num, count, delay_time);
    }  

    printf("Thread %d finished\n", thrd_num);
    pthread_exit(NULL);
}  

int main(void)
{
    pthread_t thread[THREAD_NUMBER];
    int no = 0, res;
    void * thrd_ret;  

    srand(time(NULL));
    for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
    {
        sem_init(&sem[no], 0, 0);
        int val;
        sem_getvalue(&sem[no],&val);
        printf("val is %d\n", val);
        res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);
        if (res != 0)
        {
            printf("Create thread %d failed\n", no);
            exit(res);
        }
    }  

    printf("Create treads success\n Waiting for threads to finish...\n");
    /* 对最后创建的线程的信号量进行V操作 */
    sem_post(&sem[THREAD_NUMBER - 1]);
    for (no = THREAD_NUMBER - 1; no >= 0; no--)
    {
        res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);
        if (!res)
        {
            printf("Thread %d joined\n", no);
        }
        else
        {
            printf("Thread %d join failed\n", no);
        }
        /* 进行V操作 */
        sem_post(&sem[(no + THREAD_NUMBER - 1) % THREAD_NUMBER]);
    }  

    for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
    {
        /* 删除信号量 */
        sem_destroy(&sem[no]);
    }
    return 0;
}