/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct semid_ds {
struct ipc_perm sem_perm; /* 对信号操作的许可权 */
__kernel_time_t sem_otime; /*对信号操作的最后时间 */
__kernel_time_t sem_ctime; /*对信号进行修改的最后时间 */
struct sem *sem_base; /*指向第一个信号 */
struct sem_queue *sem_pending; /* 等待处理的挂起操作 */
struct sem_queue **sem_pending_last; /* 最后一个正在挂起的操作 */
struct sem_undo *undo; /* 撤销的请求 */
unsigned short sem_nsems; /* 数组中的信号数 */
};
|
(1)Linux下使用系统函数创建和打开信号集.这个函数定义在头文件sys/sem.h中，函数原型如下:
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
该函数执行成功则返回一个信号集的标识符，失败返回－1。函数第一个参数由ftok()得到键值。第二个参数nsems指明要创建的信号集包含的信号个数，如果只是打开信号集，把nsems设置为0即可;第三个参数semflg为操作标志，可以取如下值。
IPC_CREAT:调用semget时，它会将此值与其他信号集的key进行比较，如果存在相同的Key,说明信号集已经存在，此时返回给信号集的标识符，否则新建一个信号集并返回其标识符。
IPC_EXCL:该宏须和IPC_CREAT一起使用。使用IPC_CREAT|IPC_EXCL时，表示如果发现信号集已经存在，则返回错误，错误码是EEXIST。
(2)信号量的操作，信号量的值和相应资源的使用情况有关，当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量，当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数.信号量的值仅能由PV操作来改变。在Linux下，PV操作通过调用函数semop实现。该函数定义在文件/sys/sem.h，原型如下：
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
参数semid为信号集的标识符；参数sops指向进行操作的结构体数组首地址；参数nsops指出将要进行操作的信号的个数。semop函数调用成功返回0，否则返回－1.
sops参数的定义如下：（linux/sem.h）
struct sembuf {
ushort sem_num; //信号在信号集的索引
short sem_op; //操作类型
short sem_flg; //操作标志
};
| 表 1 |
sem_op的取值和意义 |
| 取值范围 |
操作意义 |
| sem_op > 0 |
信号加上sem_op.表示进程释放控制的资源 |
| sem_op = 0 |
如果没有设置IPC_NOWAIT，则进程进入睡眠，直到信号值为0；否则进程不会睡眠，直接返回EAGAIN |
| sem_op < 0 |
信号加上sem_op的值，若没有设置IPC_NOWAIT，则进程进入睡眠，直到资源可用。否则直接返回EAGAIN |
(3)信号量的控制，使用信号量时，往往需要对信号集进行一些控制操作，比如删除信号集、对内核维护的信号集的数据结构semid_ds进行设置，获取信号集中信号值等。通过semctl可以操作：(sys/sem.h)
int semctl(int semid, int semnum, int cmd,...);
函数中，参数semid为信号集的标识符，参数semnum标识一个特定的信号；cmd指明控制操作的类型。最后的“...”说明函数的参数是可选的，它依赖于第3个参数cmd,它通过共用体变量semun选择要操作的参数.semun定义在Linux/sem.h:
/* arg for semctl system calls. */
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 */
void *__pad;
};
|
以上各个字段含义如下：
1）val:仅用于SETVAL操作类型，设置某个信号的值等于val
2）buf:用于IPC_STAT和IPC_SET，存取semid_ds结构
3）array:用于SETALL和GETALL操作
4）buf:为控制IPC_INFO提供的缓存
cmd的宏含义如下：
IPC_SET:对信号量的属性进行设置
IPC_RNID:删除semid指定的信号集
GETPID:返回最后一个执行semop操作的进程ID
GETVAL:返回信号集semnum指定信号的值。
GETALL:返回信号集中所用信号的值.
GETNCNT:返回正在等待资源的进程的数量.
GETZCNT:返回正在等待完全空闲资源的进程的数量.
SETVAL:设置信号集中semnum指定的信号的值
SETALL:设置信号集中所用信号的值.
共享内存：
共享内存就是分配一块能被其它进程访问的内存。每个共享内存段在内核中维护着一个内部结构shmid_ds:(linux/shm.h)
/* Obsolete, used only for backwards compatibility and libc5 compiles */
struct shmid_ds {
struct ipc_perm shm_perm; /* 操作许可 */
int shm_segsz; /* 共享内存大小，字节为单位 */
__kernel_time_t shm_atime; /* 最后一个进程访问共享内存的时间 */
__kernel_time_t shm_dtime; /* 最后一个进程离开共享内存的时间 */
__kernel_time_t shm_ctime; /* 最后一次修改共享内存的时间 */
__kernel_ipc_pid_t shm_cpid; /* 创建共享内存的进程ID */
__kernel_ipc_pid_t shm_lpid; /* 最后操作共享内存的进程ID */
unsigned short shm_nattch; /* 当前使用该贡献内存的进程数量 */
unsigned short shm_unused; /* compatibility */
void *shm_unused2; /* ditto - used by DIPC */
void *shm_unused3; /* unused */
};
|
(1)创建共享内存：(linux/shm.h)
int shmget(key_t key, size_t size, int shmglf);
参数key和shmflg可以参考semflg的参数。size是以字节为单位指定的内存的大小。
(2)共享内存的操作：（linux/shm.h）
void *shmat (int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
在使用共享内存前，必须通过shmat函数将其附加到进程的地址空间。shmat调用成功后会返回一个指向共享内存区域的指针，使用该指针就可以访问共享内存了。如果失败返回－1。
shmat参数shmid是shmget的返回值。参数shmflg为存取权限标志;参数shmaddr为共享内存的附加点。参数shmaddr不同取值情况说明如下：
1）如果为空，则由内核选取一个空闲的内存区;否则，返回地址取决于调用者是否给shmflg设置了SHM_RND值，如果没有指定，则共享内存区附加到由shmaddr指定的地址，否则附加地址为shmaddr向下舍入一个共享内存底端边界地址后的地址。
当进程结束使用共享内存时，要通过函数断开与共享内存的链接。
(sys/shm.h):
int shmdt(const void *shmaddr);
参数shmaddr为shmat的返回值，该函数调用成功后，返回0，否则返回－1。
（3）共享内存的控制。(sys/shm.h):
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数shmid为共享内存区的标识符，即shmget函数的返回值.buf是指向shmid_ds结构体的指针；cmd为操作标志位，支持以下3种操作：
1)IPC_RMID : 从系统中删除由shmid指向的共享内存区
2)IPC_SET:设置共享内存的shmid_ds结构
3)IPC_STAT:读取共享内存区的shmid_ds机构，并将其存储到buf指向的地址。
这里是以简单的读者和写者为例，来学习信号量和共享内存。
整个程序的设计规定如下：
1、首先让写者获取信号量，去写临界区，这是的临界区就是共享内存。完成后释放掉信号量。
2、当读者获取信号量后，就去读临界区的数据，读出数据完成后，释放掉信号量。
以上读者和写者分别是两个进程，代码如下:
src/shm_write.c (写者代码):
#include "shm_mem.h"
int main(int argc, char** argv)
{
int semid, shmid;
char *shmaddr;
char write_str[SHM_SIZE];
char *ret;
if((shmid = creatshm(".", 57, SHM_SIZE)) == -1) //创建或者获取共享内存
return -1;
/*建立进程和共享内存连接*/
if((shmaddr = shmat(shmid, (char*)0, 0)) == (char *)-1){
perror("attch shared memory error!\n");
exit(1);
}
if((semid = creatsem("./", 39, 1, 1)) == -1)//创建信号量
return -1;
while(1){
wait_sem(semid, 0);//等待信号量可以被获取
sem_p(semid, 0); //获取信号量
/***************写共享内存***************************************************/
printf("write : ");
ret = fgets(write_str, 1024, stdin);
if(write_str[0] == '#') // '#'结束读写进程
break;
int len = strlen(write_str);
write_str[len] = '\0';
strcpy(shmaddr, write_str);
/****************************************************************************/
sem_v(semid, 0); //释放信号量
usleep(1000); //本进程睡眠.
}
sem_delete(semid); //把semid指定的信号集从系统中删除
deleteshm(shmid); //从系统中删除shmid标识的共享内存
return 0;
}
|
