信號量的應用

信號量

1、信號量和P、V原語

信號量和P、V原語由迪傑斯特拉提出

互斥：P、V在同一個進程中
同步：P、V在不同進程中

信號量值含義：
（1）S>0: S表示可用資源的個數。
（2）S=0：表示無可用資源，無等待進程。
（3）S<0: |S|表示等待隊列中進程個數。

P原語：

P(s)
{
    s.value = s.value--;
    if(s.value < 0)
    {
       //該進程狀態置爲等待狀態
       //將該進程的PCB插入相應的等待隊列s.queue末尾
    }
}

V原語：

V(s)
{
    s.value = s.value++;
    if(s.value <= 0)
    {
       //喚醒相應等待隊列s.queue中等待的一個進程
       //改變其狀態爲就緒態，並將其插入就緒隊列
    }
}

2、信號量集函數

//(1)semget函數
//   功能：用來創建和訪問一個信號量集
//原型：
    int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
//參數：  key：信號集的名字
//       nsems：信號集中信號量的個數
//       semflg：由九個權限標誌構成，它們的用法和創建文件時使用的mode模式標誌是一樣的
//返回值：成功返回0，失敗返回-1


//（2）shmctl函數
//    功能：用於控制信號量集
//原型：
    int semctl(int semid,int semnum,int cmd, ...);
//參數：  semid：由semget返回的信號集標識碼
//       semnum：信號集中信號量的個數
//       cmd：將要採取的動作（有三個可取值）
//       最後一個參數根據不同而不同
//返回值：成功返回0，失敗返回-1


//（3）semop函數
//功能：用來創建和訪問一個信號量集
//原型：
    int semop(int semid,struct sembuf* sops,unsigned nsops);
//參數：
//  semid：是該信號量的標識碼
//  sops：是個指向一個結構數值的指針
//  nsops：信號量個數
//返回值：成功返回0，失敗返回-1

3、實例代碼

注：
sembuf結構體

struct sembuf{
    short sem_num;       //信號量的編號
    short sem_op;        //是信號量一次PV操作時加減的數值，一般只會有兩個 -1(P操作) 或 +1（V操作）
    short sem_flg;       //有兩個取值是IPC_NOWAIT或SEM_UNDO
}

//【comm.h】
#ifndef _COMM_H__
#define _COMM_H__

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

#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0x6666

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

int createSemSet(int nums);
int initSem(int semid,int nums,int initval);
int getSemSet(int nums);
int P(int semid,int who);
int V(int semid,int who);
int destorySemSet(int semid);

#endif



//【comm.c】
#include"comm.h"

static int commSemSet(int nums,int flags)
{
    key_t _key=ftok(PATHNAME,PROJ_ID);
    if(_key<0)
    {
        perror("ftok");
        return -1;
    }
    int semid=semget(_key,nums,flags);
    if(semid<0)
    {
        perror("semget");
        return -2;
    }

    return semid;
}

int createSemSet(int nums)
{
    return commSemSet(nums,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
}
int getSemSet(int nums)
{
    return commSemSet(nums,IPC_CREAT);
}

int initSem(int semid,int nums,int initval)
{
    union semun _un;
    _un.val=initval;
    if(semctl(semid,nums,SETVAL,_un)<0)
    {
        perror("semctl");
        return -1;
    }
    return 0;
}

static int commPV(int semid,int who,int op)
{
    struct sembuf _sf;
    _sf.sem_num=who;
    _sf.sem_op=op;
    _sf.sem_flg=0;
    if(semop(semid,&_sf,1)<0)
    {
        perror("semop");
        return -1;
    }
    return 0;
} 

int P(int semid,int who)
{
    return commPV(semid,who,-1);
}
int V(int semid,int who)
{
    return commPV(semid,who,1);
}

int destorySemSet(int semid)
{
    if(semctl(semid,0,IPC_RMID)<0)
    {
        perror("semctl");
        return -1;
    }
    return 0;
}

//【sem_test.c】
#include"comm.h"

int main()
{
    int semid=createSemSet(1);
    printf("se=%d\n",semid);
    initSem(semid,0,1);
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        //child
        int _semid=getSemSet(0);
        printf("_semid=%d\n",_semid);
        while(1)
        {
            P(_semid,0);
            printf("A");
            fflush(stdout);
            usleep(200000);
            printf("A ");
            fflush(stdout);
            usleep(200000);
            V(_semid,0);
        }
    }
    else
    {
        //father
        while(1)
        {
            P(semid,0);
            printf("B");
            fflush(stdout);
            usleep(200000);
            printf("B ");
            fflush(stdout);
            usleep(200000);
            V(semid,0);
        }
        wait(NULL);
    }
    destorySemSet(semid);
    return 0;
}

運行結果：

將comm.c封裝成靜態庫：

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
a.out  comm.c  comm.h  comm.o  Makefile  test_sem.c
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc -c comm.c -o comm.o     
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
a.out  comm.c  comm.h  comm.o  Makefile  test_sem.c

生成靜態庫：
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ar -rc libmycomm.a comm.o
ar是gnu歸檔工具，rc表示（replace and create）

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ar -tv libmycomm.a
rw-rw-r-- 500/500   1676 May  4 21:16 2018 comm.o
t：列出靜態庫中的文件
v：verbose詳細信息

在不調用靜態庫的情況下編譯失敗
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c
/tmp/ccvjqyzV.o: In function `main':
test_sem.c:(.text+0x11): undefined reference to `createSemSet'
test_sem.c:(.text+0x46): undefined reference to `initSem'
test_sem.c:(.text+0x66): undefined reference to `getSemSet'
test_sem.c:(.text+0x93): undefined reference to `P'
test_sem.c:(.text+0xf2): undefined reference to `V'
test_sem.c:(.text+0x108): undefined reference to `P'
test_sem.c:(.text+0x167): undefined reference to `V'
collect2: ld 返回 1

調用靜態庫
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c -L. -lmycomm -o comm
-L ：指定庫路徑
-l ：指定庫名
測試目標文件生成後，刪除靜態庫程序照樣可以運行

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
comm  comm.c  comm.h  comm.o  libmycomm.a  Makefile  test_sem.c 

將comm.c封裝成動態庫：

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
comm.c  comm.h  comm.o  libmycomm.a  Makefile  test_sem.c

shared：表示生成共享庫
fPIC：產生位置無關碼
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc -fPIC -c comm.c
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc -shared -o libmycomm.so *.o

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
comm.c  comm.h  comm.o  libmycomm.a  libmycomm.so  Makefile  test_sem.c

調用動態庫進行編譯
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c -L. -lmycomm
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ls
a.out  comm.c  comm.h  comm.o  libmycomm.a  libmycomm.so  Makefile  test_sem.c

[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ ./a.out
se=131074
B_semid=131074
B AA BB A^C
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ 

//可以將 .so文件拷貝到系統共享庫路徑下，通常爲 /usr/lib
將.so文件放到系統共享路徑下調用時更簡單
[lize-h@localhost 0406_SignalNum]$ gcc test_sem.c -lmycomm