信号量集的使用

在linux下，我们平时所说的信号量，其实是信号量集的操作，可以同时操作若干信号量。网上这方面的文章相当多，但很多文章对其细节操作都语焉不详。下面，我将信号量集的操作函数进行详细描述。

一、函数    

/* 创建信号量集 */
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
return: If 
successful, the return value will be the semaphore set identifier (a 
non-negative integer), otherwise -1 is returned, with errno indicating 
the error.
key:    不再描述。
nsems:  创建的信号量集里面，信号量的个数。
semflg: IPC_CREAT|IPC_EXCL。
注意:    1. 对nsems>1的信号量集，我们可以理解为一个信号量的数组。
        2. 对已创建的信号量集执行semget时，如果nsems和创建时不一致，semget返回-1。

/* 控制信号量集 */
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
semid:   semget返回的。
semnum:  操作单个信号量时，信号量的编号（可理解为信号量数组的下标）。编号从0开始，例如：semget时nsems=3, 那semnum的范围就是0~2。
cmd:     SETVAL IPC_STAT IPC_SET GETALL SETALL IPC_INFO IPC_RMID（删除信号量集）。
arg4:    union semun {                  /* 需要自行定义，内容视cmd参数而定。 */
               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) */
         };
注意:    1. 当cmd为SETALL/GETALL时，semnum参数失效，函数会将array数组的值逐一赋给每个信号量，并作为单个信号量的初值。当array数组短于信号量数组时，后面的信号量初值=0。长于信号量数组时，以信号量数组长度为准。

/* 操作信号量 */
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
int semtimedop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops, struct timespec *timeout);
1. 函数执行操作集中指定的操作(sops->sem_op)，增加或者减少信号量的值。
   如果计数小于0(信号量的值是不能小于0的)，那么这个信号量就不能再减小，而是会让调用线程/进程阻塞，直到信号量值为0或更大为止。
2. 函数原子地执行在sops中所包含的操作，也就是说：只有在这些操作可以同时成功执行时，这些操作才会被同时执行。
return: If successful semop() and semtimedop() return 0; otherwise they return -1 with errno indicating the error.
semid:  不再描述。
sops:   这个参数实质上是一个结构体指针，这个结构体描述了单个信号量需要进行的操作。
        当需要同时操作多个信号量的时候，可以传入结构体数组。
        struct sembuf {
               unsigned short sem_num;  /* 信号量的编号，类似semctl参数semnum */
               short          sem_op;   /* 信号量PV操作，eg：=+2 =-1 */
               short          sem_flg;  /* IPC_NOWAIT and SEM_UNDO */
        }
nsops:  同时进行操作的元素个数，值>=1。简单来说，可以理解为sops指针指向的结构体个数。

二、例程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <sys/types.h>
#include <errno.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main( int argc, char *argv[])
{
    u_int32_t key = 0xFF00FF00;

    int semhd = semget( key, 3, IPC_CREAT|IPC_EXCL|666);
    if( semhd <= 0) {
        printf("semget fault. %d. %s.\n", semhd, strerror(errno));
        exit(1);
    }

    /* 设置单个信号量 */
    union semun semun_val;
    semun_val.val = 3;
    semctl( semhd, 1, SETVAL, semun_val);

    /* 批量设置信号量 */
    unsigned short val_array[3] = { 5, 6, 7};
    semctl( semhd, 0, SETALL, &val_array[0]);

    printf("%d\n", semctl( semhd, 0, GETVAL, 0));
    printf("%d\n", semctl( semhd, 1, GETVAL, 0));
    printf("%d\n", semctl( semhd, 2, GETVAL, 0));

    /* 信号量PV操作 */
    struct sembuf sops[2];
    sops[0].sem_num = 1;
    sops[0].sem_op = -1;
    sops[0].sem_flg = SEM_UNDO;

    sops[1].sem_num = 2;
    sops[1].sem_op = -2;
    sops[1].sem_flg = SEM_UNDO;

    semop( semhd, &sops[0], 2);

    printf("%d\n", semctl( semhd, 0, GETVAL, 0));
    printf("%d\n", semctl( semhd, 1, GETVAL, 0));
    printf("%d\n", semctl( semhd, 2, GETVAL, 0));

    semctl( semhd, 0, IPC_RMID);
    return 0;
}

//END