semaphore(信号量)的使用与栅栏效应

      互斥量（mutex）可以解决多线程间对共有数据访问时的资源竞争问题，但是mutex只能在线程间使用，为解决进程间对共有资源的访问，可以使用信号量semaphore替代mutex，以下例程fence.c程序用semaphore实现了多进程对公共资源的同时访问，通过信号量实现了栅栏效应。
      信号量是一个整数数组，程序中共使用7个信号量，第0-5个信号量用于控制子进程输出数字（1号子进程输出1，2号子进程输出2，...），第6个信号量用于通知父进程子进程已输出完成，并且一直等最慢的子进程完成了，父进程才能再次释放1次0-5个信号量，父进程累计释放6次，每个子进程输出6次。

/*栅栏效应，父进程等5个子进程中运行最慢的子进程释放资源后，才会再一次释放信号量，让子进程再次工作*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

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

#define CHILD_NR 6
#define SEM_NUM (CHILD +1)
static void child(int semid, int num)
{
  struct sembuf my_buf, p_buf;
  int i;
  int seconds;

  srand(getpid());

  p_buf.sem_num = CHILD_NR;
  p_buf.sem_op = 1;
  p_buf.sem_flg = 0;

  my_buf.sem_num = num;
  my_buf.sem_op = -1;
  my_buf.sem_flg = 0;
  for (i = 0; i < 5; i++) {
    semop(semid, &my_buf, 1); /*等待父进程释放第m个信号量，获得信号量前处于阻塞状态*/

    seconds = (unsigned)rand() % 4 + 1; /*模拟子进程的运行*/
    sleep(seconds);
    printf("%d ", num + 1);
    fflush(NULL);

    semop(semid, &p_buf, 1); /*释放第7个信号量，6个子进程退出后，父进程将获得第7个信号量的控制权*/
  }

  return;
}
int main(void)
{
  pid_t pid;
  int semid;
  struct sembuf my_buf, child_buf[CHILD_NR];/*信号量操作由sembuf结构体数组决定*/

  int i;

  unsigned short arr[CHILD_NR + 1] = { /*用于初始化信号量，信号量是一个整形数组*/
    [CHILD_NR] = CHILD_NR,
  };

  semid = semget(IPC_PRIVATE, CHILD_NR + 1, IPC_CREAT | 0600);
  /*创建信号量集*/
  if (semid == -1) {
    perror("semget()");
    return 1;
  }

  semctl(semid, 0, SETALL, arr);
  /*初始化信号量集*/

  for (i = 0; i < CHILD_NR; i++) {
    pid = fork(); /*创建CHILD_NR个子进程*/
    /* if error */
    if (pid == 0) {
      child(semid, i);
      return 0;
    }
  }
    /*初始化信号操作结构体数组*/
  for (i = 0; i < CHILD_NR; i++) {
    child_buf[i].sem_num = i;
    child_buf[i].sem_op = 1;
    child_buf[i].sem_flg = 0;
  }
  my_buf.sem_num = CHILD_NR;
  my_buf.sem_op = -CHILD_NR;
  my_buf.sem_flg = 0;

#if 0
  /* debug */
  int val;
  val = semctl(semid, CHILD_NR, GETVAL);
  if (val == -1) {
    perror("semctl(GETVAL)");
  }
  printf("debug: sem[%d] = %d\n", CHILD_NR,val);/*打印信号量的值j*/
#endif
  for (i = 0; i < 5; i++) {
    semop(semid, &my_buf, 1); /*获取第7个信号量控制的资源*/
    printf("\n");

    semop(semid, child_buf,CHILD_NR);/*释放第0-5个信号量控制的资源*/
  }
  semop(semid, &my_buf, 1);
  /*等待子进程最后一次释放完资源后，再输出一次回车*/
  printf("\n");

  semctl(semid, 0, IPC_RMID); /*删除信号量集合*/
  for (i = 0; i < CHILD_NR; i++) {
    wait(NULL); /*收尸*/
  }

  return 0;
}