信号量----实现对共享资源的访问

信号量

   信号量用于实现对共享资源的同步访问。

信号量工作原理：假设有两个进程proc1与proc2，这两个进程会在他们执行的某一时刻排他的访问一个数据库。我们定义一个单一的二值信号量，sv，初始值为1并且可以为两个进程所访问。两个进程然后需要执行同样的处理来访问临界区代码。

这两个进程共享sv信号量变量。一旦一个进程已经执行P(sv)操作，这个进程就可以获得信号量并且进入临界区。第二个进程就会被阻止进行临界区，因为当他尝试执行P(sv)时，他就会等待，直到第一个进程离开临界区并且执行V(sv)操作来释放信号量。

所需要的过程如下：

semaphore sv = 1;
loop forever {
    P(sv);
    critical code section;
    V(sv);
    noncritical code section;
}

信号量的操作较复杂，定义几个函数来实现， 使主程序结构清晰。提高可读性。

 

1.初始化函数：set_semvalue 

   在semctl调用中使用SETVAL命令来初始化信号量。

static int set_semvalue(void)
{
    union semun sem_union;

    sem_union.val = 1;
    if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return 0;
    return 1;
}

2.semaphore_p函数将信号量减1（获取信号量）

static int semaphore_p(void)
{
    struct sembuf sem_b;

    sem_b.sem_num = 0;  //信号量集中该信号量的编号，只有一个，故为0
    sem_b.sem_op = -1;  // P操作，获取信号量
    sem_b.sem_flag = SEM_UNDO;  //系统自动释放残余信号量
    if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)   //最后参数1：规定操作的数量
    {
        fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n");
        return 0;
    }
    return 1;
}

3. semaphore_v函数将sembuf结构的sem_op部分设置为1，从而信号量变得可用。

static int semaphore_v(void)
{
    struct sembuf sem_b;

    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = 1;  
    sem_b.sem_flag = SEM_UNDO;
    if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
    {
        fprintf(stderr, "semaphore_v failed\n");
        return 0;
    }
    return 1;
}
4. del_semvalue函数几乎具有相同的格式，所不同的是semctl调用使用IPC_RMID命令来移除信号量ID：

static void del_semvalue(void)
{
    union semun sem_union;

    if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
        fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore\n");
}
代码：

#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <unistd.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<signal.h>

static int init_semvalue(int sem_id);
static void del_semvalue(int sem_id);
static int semaphore_p(int sem_id);
static int semaphore_v(int sem_id);
union semun
{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};        // This union does not exist in kernel 2.6, define it

main(void)
{
    int sem_id;    
    int child;

    if((sem_id = semget((key_t)1234, 1, IPC_CREAT|0770)) < 0) //get the semaphore

    {
        printf("semget error:%s\n", strerror(errno));
        exit(1);
    }
     init_semvalue(sem_id);
    if((child = fork()) < 0)
    {
        printf("fork error:%s\n", strerror(errno));
        exit(1);
    }
    if(child > 0)
    {
        semaphore_p(sem_id);
        printf("father: getpid=%d\n", getpid());
        sleep(3);
        printf("father:child value=%d\n", child);
        semaphore_v(sem_id);
        del_semvalue(sem_id);
    }
    else
    {
        semaphore_p(sem_id);
        printf("child:getpid=%d\n", getpid());
        sleep(2);
        printf("child :child=%d\n",child);
        semaphore_v(sem_id);
//        del_semvalue(sem_id);

    }
}

static int init_semvalue(int sem_id)
{
    union semun sem_union;
    sem_union.val = 1;
   // if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1)

    if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, 1) == -1)
    {
        printf("semctl error\n");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

static int semaphore_v(int sem_id)
{
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = 1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
    {
        printf("operation_v error:%s\n", strerror(errno));
        exit(1);
    }
    return 0;
}

static int semaphore_p(int sem_id)
{
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = -1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    if(semop(sem_id, &sem_b, 1) < 0)
    {
        printf("operation_p error:%s\n", strerror(errno));
        exit(1);
    }
    return 0;
}
static void del_semvalue(int sem_id)
{
    union semun sem_union;
   // if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) < 0)

    if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID) < 0)
    {
        printf("semctl error:%s\n", strerror(errno));
        exit(1);
    }
}

易错点：

1.    if((sem_id = semget((key_t)1234, 1, IPC_CREAT|0770)) < 0) //get the semaphore

   IPC_CREAT标记会使得如果需要的时候创建一个信号量。

2.union semun
{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};        // This union does not exist in kernel 2.6, define it
  该结构在2.6内核中背删除，要添加

3. init_semvalue(sem_id);

  最初用的是init_semaphore,编译出现错误：对 ‘init_semaphore’ 的静态声明出现在非静态声明之后， 原因可能是：init_semaphore是个内部函数，换个函数名即可。

4. 在后执行的进程中删除信号量，否则出错！

参考：/ppln/blog/item/b3127625f0ab3a0b4c088d05.html

http://www.eefocus.com/article/10-04/94648_2s.html