在學習了進程間通信的前幾種方式管道，消息隊列、共享內存之後，進程間通信的另一種方式——信號量。
在學習信號量之前，需要先理解幾個名詞。
互斥：由於各進程要求共享資源，而有些資源需要互斥使用，因此各進程間需要競爭使用這些資源，這種關係爲進程的互斥。
同步：多個進程需要相互配合共同完成一項任務。
臨界資源：系統中某些資源一次只允許一個進程使用，稱這樣的資源爲臨界資源或互斥資源。
臨界區：在進程中涉及到互斥資源的程序段叫臨界區。
1、信號量
信號量本質上就是一個計數器，用來衡量臨界資源的個數。但與此同時，信號量也是一個臨界資源。
信號量的結構體僞代碼：
struct semaphore
{
int value;
pointer_PCB queue;
}信號量值得含義：
S>0: S表示可用資源的個數；
S=0: 表示無可用資源，無進程等待；
S<0: |S|表示等待隊列中等待進程的個數；
2、 P、V原語
信號量中最重要的就是P、V操作。
P操作：減1操作 就是向操作系統申請資源，申請成功，進行減1操作；
V操作：加1操作 就是向操作系統歸還資源，歸還成功，進行加1操作；
P、V操作均爲原子操作，在使用時，需要保證P、V操作的原子性。這也從側面說明了爲什麼不定義一個全局變量int count，而需要信號量集的出現。
3、 信號量集結構
4、信號量集函數
（1）創建信號量集的函數
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
參數：key：（同消息隊列和共享內存）信號量集的名字；
nems：信號量集中信號量的個數；
semflg：（同消息隊列和共享內存）和創建文件時使用的mode標誌一樣的。
IPC_CREAT|IPC_EXCL：不存在創建，存在出錯返回；IPC_CREAT：不存在創建，存在返回；
返回值：創建成功返回信號量集的標識符，創建失敗返回-1
（2）控制信號量集的函數
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
參數：semid：semget返回的信號量集的標識符；
semnum：要對信號量集中的第幾個信號量進行操作；
cmd：將要採取的動作，不同的可取值有不同的含義。如下圖
在使用信號量集之前必須對信號量集進行初始化，相當於要把cmd設置爲SETVAL，這時候就要在加一個參數，這個參數是一個聯合體。
不過，這個聯合體中我們只使用第一個變量val。
返回值：成功返回0，失敗返回-1
（3）訪問信號量集的函數
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
參數：semid：senget返回的信號量集的標識符；
sops：是一個指向結構數組的指針；
nsops：信號量的個數；
說明一下，這個結構體struct sembuf
5、信號量的實現
comm.h
#ifndef _COMM_H_
#define _COMM_H_
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<unistd.h>
#define PATHNAME "."
#define PROJ_ID 0X6666
int creatsem(int nums);
int initsem(int semid,int nums,int initval);
int getsem(int nums);
int p(int semid,int who);
int v(int semid,int who);
int destroysem(int semid);
#endif
test_sem.c
#include "comm.h"
union semun
{
int val;
};
int commsem(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 creatsem(int nums)
{
return commsem(nums, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
}
int initsem(int semid, int nums, int value)
{
union semun u;
u.val = value;
if (semctl(semid, nums, SETVAL, u)<0)
{
perror("semctl");
return -1;
}
return 0;
}
int getsem(int nums)
{
return commsem(nums, IPC_CREAT);
}
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 destroyaem(int semid)
{
if (semctl(semid, 0, IPC_RMID)<0)
{
perror("semctl");
return -1;
}
}
int main()
{
int semid = creatsem(1);
initsem(semid, 0, 1);
pid_t id = fork();
int _semid = getsem(0);
if (id == 0)
{// child
while (1)
{
// p(_semid, 0);
printf("A");
fflush(stdout);
usleep(100000);
printf("A ");
fflush(stdout);
usleep(300000);
// v(_semid, 0);
}
}
else
{//father
while (1)
{
// p(_semid, 0);
printf("B");
fflush(stdout);
usleep(200000);
printf("B ");
fflush(stdout);
usleep(100000);
// v(_semid, 0);
}
wait(NULL);
}
destroysem(semid);
return 0;
}測試結果：
通過結果截圖我們可以看出，在不加P、V操作之前，輸出的並不是我們想要的兩個相同的字符成對出現的情況。
此時，顯示器只有一個，兩個進程同時打印，此時顯示器成爲臨界資源，這就需要我們加互斥鎖來進行保護。互斥鎖就是二元信號量，
當使用互斥鎖進行保護後（即加上P、V操作之後），屏幕上就會成對成對的打印我們所想要的字符，而不會出現交叉打印的現象。
和其他進程間通信的方式一樣，信號量依然可以使用ipcs -s命令來查看，使用ipcrm -s+標號進行刪除。