Linux中的System V訊號量
在進程同步，並發運行時，保證按序地訪問共享資源是十分重要的。因此引入了臨界區的概念，一次只能有一個執行緒進入臨界區完成他的指令。而訊號量(semaphore)的作用，類似於一個交通訊號燈，它負責進程協作，因此訊號量又稱為訊號燈。
在Linux系統中，它提供兩種訊號量：
-
內核訊號量，由內核控制路徑使用
-
用戶態進程使用的訊號量，這種訊號量有兩種介面，
POSIX訊號量和SYSTEM V訊號量。訊號量的本質是一個計數器。一個較為常見的用法，是為每個資源都會分配一個訊號量。記訊號量為S，除了初始化之外，有兩個標準原子操作：
wait()和signal()。
System V訊號量介面
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semget
創建一個新訊號量或取得一個已有訊號量
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);key是一個整數值（唯一非零），可以理解成是訊號量的標識符。num_sems指定了需要的訊號量數目，通常為1。sem_flags是一組標誌，當創建一個新的訊號量時，設定許可權與值IPC_CREAT做按位或操作。設置了IPC_CREAT標誌後，即使給出的鍵是一個已有訊號量的鍵，也不會產生錯誤。而IPC_CREAT | IPC_EXCL則可以創建一個新的，唯一的訊號量，如果訊號量已存在，返回一個錯誤。函數成功返回一個相應訊號標識符（非零），失敗返回
-1。 -
semctl
直接控制訊號量資訊
int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);第二個參數是操作訊號在訊號集中的編號，第一個訊號的編號是
0。第三個參數
command通常是下面兩個值中的其中一個：SETVAL：用來把訊號量初始化為一個已知的值。IPC_RMID：用於刪除一個已經無需繼續使用的訊號量標識符。如果有第四個參數，它通常是一個
union semum結構，定義如下：union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *arry; }; -
semop
改變訊號量的值
int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_opa, size_t num_sem_ops);sem_id是由semget返回的訊號量標識符，sembuf結構的定義如下：struct sembuf{ short sem_num;//除非使用一組訊號量，否則為0 short sem_op;//訊號量在一次操作中需要改變的數據，-1即P（等待）操作，+1即V（發送訊號）操作。 short sem_flg;//通常為SEM_UNDO,使作業系統跟蹤訊號，並在進程沒有釋放該訊號量而終止時，作業系統釋放訊號量 };
進程同步實例
無訊號量實例
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
srand(pid);
if(pid > 0) // parent process
{
char a = 'A'; // char to print
for(int i = 0; i < 10; ++i)
{
printf("%c", a);
fflush(stdout); // flush stdout buffer
sleep(1);
printf("%c", a);
fflush(stdout);
sleep(1);
}
}
else // child process
{
char b = 'B';
for(int i = 0; i < 10; ++i)
{
printf("%c", b);
fflush(stdout);
sleep(1);
printf("%c", b);
fflush(stdout);
sleep(1);
}
}
printf("\n%d - finished\n", getpid());
sleep(3);
return 0;
}
運行結果
有訊號量實例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#define SEMKEY 0x00002222 // set a key for semaphore
union semun // union for semaphore
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
struct sembuf p = { 0, -1, SEM_UNDO};
struct sembuf v = { 0, +1, SEM_UNDO};
int main()
{
int sem_id = semget(SEMKEY, 1, 0666 | IPC_CREAT); // get semaphore
union semun sem_union;
sem_union.val = 1;
if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) < 0)
{
perror("semctl error");
return -1;
}
int pid;
pid = fork();
srand(pid);
if(pid > 0) // parent process
{
char a = 'A'; // char to print
for(int i = 0; i < 10; ++i)
{
if(semop(sem_id, &p, 1) < 0) // P operation
{
perror("semop p error");
return -1;
}
printf("%c", a);
fflush(stdout); // flush stdout buffer
sleep(1);
printf("%c", a);
fflush(stdout);
if(semop(sem_id, &v, 1) < 0) // V operation
{
perror("semop v error");
return -1;
}
sleep(1);
}
}
else // child process
{
char b = 'B'; // char to print
for(int i = 0; i < 10; ++i)
{
if(semop(sem_id, &p, 1) < 0) // P operation
{
perror("semop p error");
return -1;
}
printf("%c", b);
fflush(stdout); // flush stdout buffer
sleep(1);
printf("%c", b);
fflush(stdout);
if(semop(sem_id, &v, 1) < 0) // V operation
{
perror("semop v error");
return -1;
}
sleep(1);
}
}
printf("\n%d - finished\n", getpid());
sleep(3);
if (pid > 0)
{
system("ipcrm -S 0x00002222");
}
return 0;
}
運行結果
因為設定訊號量的關係，一個執行緒在臨界區內一定會執行兩次print()操作，所以A或B一定成對出現。
