（P30）system v信號量

1.信號量

• 信號量和P,V原語由Dijkstra提出
• 信號量
  （1）互斥問題： P，V在同一個進程中
  （2）同步問題：P，V在不同進程中
• 信號量值含義，S表示計數值
  （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，即：若當前資源計數值S=0，此時來一個進程申請資源，計數值減去1爲-1，|-1|=1表示等待隊列中的進程個數爲1
• 信號量數據結構

struct semaphore
{
	int value;//信號量計數值S
	pointer_PCB queue;//將等待進程的控制塊指針放到等待隊列中
}

• P原語：進程申請資源
  原語：這塊代碼是原子性的，不會被其它信號所中斷，在硬件上，實際是通過關閉中斷的方式來實現的。

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：進程歸還資源
  若之前s.value<0說明有進程在等待資源，此時s.value++歸還一個資源，意味着要喚醒一個進程

V(s)
{
	s.value=s.value++;
	if (s.vaue <=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中；
	}
}

2.信號量集結構

• 信號量集結構struct semid_ds

struct semid_ds {
	//IPC對象都有的
    struct ipc_perm sem_perm;  /* Ownership and permissions */
	
	//信號量集所特有
    time_t          sem_otime; /* Last semop time *///最後一次執行PV操作的時間
    time_t          sem_ctime; /* Last change time *///信號量集最後一個改變的時間
    unsigned long   sem_nsems; /* No. of semaphores in set *///信號量集中的信號量的個數
};

3.信號量集函數

• 消息隊列和共享內存有4個，而信號量集只有三個，因爲semop涵蓋了P和V操作

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

//創建或者打開一個信號量集
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

//控制一個信號量集
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

• 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9個權限標誌構成，他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：
成功返回一個非負整數，即：該信號集的標識碼；
失敗返回-1；

• 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：信號集中信號量的序號
cmd：將要採取的動作(有3個)
最後一個參數根據命令不同而不同

返回值：
成功返回0；
失敗返回-1

• cmd
  
• eg：權限perms是666，信號量集中信號量的個數nsems爲1
  

刪除信號量集：
ipcrm -S key，eg：ipcrm -S 0x4d2
ipcs -Q semid

• eg：NetworkProgramming-master (1)\NetworkProgramming-master\P30sem.cpp

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// Created by wangji on 19-8-13.
//

// p30 system v信號量（一）

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


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

// https://blog.csdn.net/a1414345/article/details/64513946

#define ERR_EXIT(m) \
        do \
        { \
             perror(m); \
             exit(EXIT_FAILURE);    \
        } while (0);

//來自man semctl
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
                                           (Linux-specific) */
};

// 僅僅創建信號量集
int sem_creat(key_t key)
{
    int semid;
    semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);//IPC_EXCL表示只能創建1次
    if (semid == -1)
    {
        ERR_EXIT("semget");
    }
    return semid;//返回信號量集的id
}

//僅僅打開一個創建的信號量集
int sem_open(key_t key)
{
    int semid;
    semid = semget(key, 0, 0);//由於信號量集已經存在了，可以不指定信號量的個數；打開選項也可以不必關心
    if (semid == -1)
    {
        ERR_EXIT("semget");
    }
    return semid;
}

// 設置信號量中信號量的值
int sem_setval(int semid, int val)
{
    union semun su;
    su.val = val;
    int ret;
    ret = semctl(semid, 0, SETVAL, su);
    if (ret == -1)
    {
        ERR_EXIT("setval")
    }
    return 0;
}

// 獲取信號量中信號量的值
int sem_getval(int semid)
{
    int ret;
    ret = semctl(semid, 0, GETVAL,0);//第4個參數忽略了，填寫0
    if (ret == -1)
    {
        ERR_EXIT("getval")
    }
    printf("sem.val = %d\n", ret);
    return ret;
}

//只能刪除信號量集，不能刪除信號量集中的某個信號量
int sem_d(int semid)
{
    int ret;
    ret = semctl(semid, 0, IPC_RMID, NULL);//信號量個數不知道的話填寫0
    if (ret == -1)
    {
        ERR_EXIT("rm_sem")
    }
    return 0;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    int opt;
   
    int semid;
    semid=sem_creat(1234);
    sleep(5);//過5s刪除該信號量集
    sem_d(semid);
   
 }

• 測試：執行：./sem，過5s後，執行ipcs發現信號量集會被刪除
  
  

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4.信號量eg