【Linux系统编程】POSIX有名信号量

00. 目录

文章目录

• • 
    
• ​​00. 目录​​
• ​​01. 概述​​
• ​​02. 相关函数​​

• • 
    
• ​​2.1 创建有名信号量​​
• ​​2.2 关闭有名信号量​​
• ​​2.3 删除有名信号量​​
• ​​2.4 信号量P操作​​
• ​​2.5 信号量V操作​​
  • 
    

• ​​03. 程序示例​​
• ​​04. 附录​​
  • 
    

01. 概述

在 POSIX 标准中，信号量分两种，一种是无名信号量，一种是有名信号量。无名信号量一般用于线程间同步或互斥，​而有名信号量一般用于进程间同步或互斥​。它们的区别和管道及命名管道的区别类似，无名信号量则直接保存在内存中，而有名信号量要求创建一个文件。

02. 相关函数

2.1 创建有名信号量

#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <semaphore.h>

sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,
                mode_t mode, unsigned int value);

Link with -pthread.
功能：
  创建一个有名信号量。
参数：
  name：信号量文件名。注意，不能指定路径名。因为有名信号量，默认放在/dev/shm 里   
  flags：sem_open() 函数的行为标志。
  mode：文件权限(可读、可写、可执行)的设置。
  value：信号量初始值。
返回值：
  成功：信号量的地址
  失败：SEM_FAILED

2.2 关闭有名信号量

#include <semaphore.h>
int sem_close(sem_t *sem);
Link with -pthread.
功能：
  关闭有名信号量。
参数：
  sem：指向信号量的指针。
返回值：
  成功：0
  失败：-1

2.3 删除有名信号量

#include <semaphore.h>

int sem_unlink(const char *name);
功能：
  删除有名信号量的文件。
参数：
  name：有名信号量文件名。
返回值：
  成功：0
  失败：-1

2.4 信号量P操作

#include <semaphore.h>

int sem_wait(sem_t *sem);
功能：
    将信号量的值减 1。操作前，先检查信号量（sem）的值是否为 0，若信号量为 0，
    此函数会阻塞，直到信号量大于 0 时才进行减 1 操作。
参数：
    sem：信号量的地址。
返回值：
    成功：0
    失败： - 1

int sem_trywait(sem_t *sem);
   以非阻塞的方式来对信号量进行减 1 操作。
   若操作前，信号量的值等于 0，则对信号量的操作失败，函数立即返回。

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
   限时尝试将信号量的值减 1
   abs_timeout：绝对时间

abs_timeout补充说明

struct timespec {
  time_t tv_sec;    /* seconds */ // 秒
  long   tv_nsec; /* nanosecondes*/ // 纳秒
}

time_t cur = time(NULL);    //获取当前时间。
struct timespec t;        //定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur + 1;       // 定时1秒
sem_timedwait(&cond, &t);

2.5 信号量V操作

#include <semaphore.h>

int sem_post(sem_t *sem);
功能：
  将信号量的值加 1 并发出信号唤醒等待线程（sem_wait()）。
参数：
  sem：信号量的地址。
返回值：
  成功：0
  失败：-1

03. 程序示例

​示例一：有名信号量实现进程间互斥功能​

#include<stdio.h>
#include<semaphore.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>

void printer(sem_t *sem, char *str)
{
  sem_wait(sem);  //信号量减一
  while(*str!='\0')
  {
    putchar(*str);  
    fflush(stdout);
    str++;
    sleep(1);
  }
  printf("\n"); 

  sem_post(sem);  //信号量加一
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  pid_t pid;
  sem_t *sem = NULL;

  pid = fork(); //创建进程
  if(pid<0){ //出错
    perror("fork error");

  }else if(pid == 0){ //子进程

    //跟open()打开方式很相似,不同进程只要名字一样，那么打开的就是同一个有名信号量
    sem = sem_open("name_sem", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1); //信号量值为 1
    if(sem == SEM_FAILED){ //有名信号量创建失败
      perror("sem_open");
      return -1;
    }

    char *str1 = "hello";
    printer(sem, str1); //打印

    sem_close(sem); //关闭有名信号量

    _exit(1);
  }else if(pid > 0){ //父进程

    //跟open()打开方式很相似,不同进程只要名字一样，那么打开的就是同一个有名信号量
    sem = sem_open("name_sem", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1); //信号量值为 1
    if(sem == SEM_FAILED){//有名信号量创建失败
      perror("sem_open");
      return -1;
    }

    char *str2 = "world";
    printer(sem, str2); //打印

    sem_close(sem); //关闭有名信号量

    wait(pid, NULL); //等待子进程结束
  }

  sem_unlink("name_sem");//删除有名信号量

  return 0;
}

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out  
hello
world
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$

​示例二： 有名信号量实现进程间同步功能​（print2 先打印，再到 print1 打印）

print1.c 代码如下

#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>

void print(sem_t *print1, sem_t *print2)
{
  int i = 0;
  while(1)
  {
    sem_wait(print1);
    i++;
    printf("int print1 i = %d\n", i);
    sem_post(print2);
  }
}

int main(int argc, char **argv)
{ 
  sem_t *print1, *print2;

  print1 = sem_open("sem_print1", O_CREAT, 0777, 0);  
  if(SEM_FAILED == print1)
  {
    perror("sem_open");
  }

  print2 = sem_open("sem_print2", O_CREAT, 0777, 1);    
  if(SEM_FAILED == print2)
  {
    perror("sem_open");
  }

  print(print1, print2);

  return 0;
}

print2.c 代码

#include <fcntl.h>           /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>

void print(sem_t *print1, sem_t *print2)
{
  int i = 0;
  while(1)
  {
    sem_wait(print2);
    i++;
    printf("in print2 i = %d\n", i);
    sleep(1);
    sem_post(print1);
  }
}

int main(int argc, char **argv)
{ 
  sem_t *print1, *print2;

  print1 = sem_open("sem_print1", O_CREAT, 0777, 0);  
  if(SEM_FAILED == print1)
  {
    perror("sem_open");
  }

  print2 = sem_open("sem_print2", O_CREAT, 0777, 1);  
  if(SEM_FAILED == print2)
  {
    perror("sem_open");
  }

  print(print1, print2);

  return 0;
}

删除有名信号量的代码:

#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>

void sem_del(char *name)
{
  int ret;

  ret = sem_unlink(name);
  if(ret < 0)
  {
    perror("sem_unlink");
  }
}

int main(int argc, char **argv)
{
  sem_del("sem_print1"); //删除信号量文件sem_print1
  sem_del("sem_print2"); //删除信号量文件sem_print2

  return 0;
}

04. 附录