Linux 信號量之Posix有名字的信號量
信號量（semaphore），也和互斥鎖同樣提供了線程間或者進程間的同步功能。
信號量有三種：
- Posix有名字的信號量
- Posix基於內存的信號量
- System V信號量
信號量比互斥鎖高級，互斥鎖只容許一個線程訪問臨界區，信號量能夠多個，能夠把信號量看做成互斥鎖的升級版，可是若是能用互斥鎖解決，就用互斥鎖，互斥鎖比信號量節省資源。html
這篇文章只介紹Posix有名字的信號量
1，建立有名字的信號量，建立成功後，會在ubuntu的/dev/shm目錄下，生成一個文件，名字爲【sem.name】。【sem】是固定的，【name】是函數sem_open的第一個參數。c++
名字的信號量的生命週期和內核同樣，只要系統不重啓，它就一直存在。shell
#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);
- name：任意名字，當不能包含【/】
- oflag：和open函數同樣，O_RDWR，O_CREAT，O_EXCL等
- mode：和open函數同樣，好比0664
- value：能夠同時訪問臨界區的線程或者進程的數量。若是設置爲1，功能就和互斥鎖同樣了。
- 返回值：成功0；失敗：SEM_FAILED（這個宏的實際值是-1）。
2，刪除有名字的信號量，並刪除文件。ubuntu
#include <semaphore.h> int sem_unlink(const char *name);
返回值：成功0微信
失敗：-1，設置errno函數
EACCES：沒有權限訪問這個信號量對應的文件 ENAMETOOLONG：信號量的名字長了 ENOENT：信號量不存在
3，取得信號量的value值post
#include <semaphore.h> int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
- sem:信號量指針
- sval：返回的信號量的value值
- 返回值：成功0；失敗：-1，設置errno。（EINVAL ：不是一個有效的信號量）。
4，若是信號量的value值大於0，把信號量的value值-1；若是信號量的value值小於1，阻塞等待，直到信號量的value值大於0。注意：在ubuntu下，若是sem_wait執行前，value值爲0，sem_wait執行後，value也不會變成-1，再次執行sem_wait，value仍是0。可是有的unix系統value會變成負數。即便value不變成負數，內核也會準確記錄它的值。學習
#include <semaphore.h> int sem_wait(sem_t *sem); int sem_trywait(sem_t *sem); int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
sem:信號量指針線程
返回值：成功0；失敗：unix
- EINTR ：阻塞的過程種被信號終止了。
- EINVAL：不是一個有效的信號量
sem_trywait():不阻塞等待。
- EAGAIN： 信號量的value值爲0。
sem_timedwait():
- EINVAL： Tabs_timeout.tv_nsecs 小於0，或者大於等於1000毫秒。
- ETIMEDOUT： 超時了。
5，把信號量的value值+1。
#include <semaphore.h> int sem_post(sem_t *sem);
- 返回值：成功0；失敗：
- EINVAL：不是一個有效的信號量
- EOVERFLOW：超過了信號量的value。
用下面5個程序觀察有名字信號量的特性。
semcreate.c
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char** argv){
int c, flags;
unsigned int val = 1;
sem_t* sem;
flags = O_RDWR | O_CREAT;
while((c = getopt(argc, argv, "ei:")) != -1){
switch(c){
case 'e':
flags |= O_EXCL;
break;
case 'i':
val = atoi(optarg);
break;
}
}
if(optind != argc - 1){
printf("usage error\n");
return -1;
}
sem = sem_open(argv[optind], flags, 0664, val);
if(sem == SEM_FAILED){
perror("sem");
return -1;
}
sem_close(sem);
exit(0);
}
semunlink.c
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char** argv){
if(argc != 2){
printf("usage err\n");
exit(1);
}
if(sem_unlink(argv[1]) == -1){
perror("sem_unlink");
}
}
semgetvalue.c
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char** argv){
sem_t* sem;
int val;
if(argc != 2){
printf("usage error\n");
exit(1);
}
sem = sem_open(argv[1], 0);
sem_getvalue(sem, &val);
printf("value = %d\n", val);
exit(0);
}
semwait.c
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, char** argv){
sem_t* sem;
int val;
if(argc != 2){
printf("usage error\n");
exit(1);
}
sem = sem_open(argv[1], 0);
sem_wait(sem);
sem_getvalue(sem, &val);
printf("pid %ld has semaphore, value = %d\n", (long) getpid(), val);
pause();
exit(0);
}
sempost.c
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, char** argv){
sem_t* sem;
int val;
if(argc != 2){
printf("usage error\n");
exit(1);
}
sem = sem_open(argv[1], 0);
sem_post(sem);
sem_getvalue(sem, &val);
printf("value = %d\n", val);
exit(0);
}
步驟1：建立有名字信號量。發如今/dev/shm/下生成了sem.test1，mode是0664，可是umask是0022，因此sem.test1mode是0644
ubuntu$ ./semcreate test1 ubuntu$ ls -l /dev/shm/ total 4 -rw-r--r-- 1 ys ys 32 6月 21 16:25 sem.test1
步驟2：查看有名字信號量的value值
ubuntu$ ./semgetvalue test1 value = 1
步驟3：等待信號量,發現執行完sem_wait函數後，信號量的value值變動爲0了。
ubuntu$ ./semwait test1 pid 2995 has semaphore, value = 0 ^C ubuntu$
步驟4：查看有名字信號量的value值,信號量的value值仍是0。
ubuntu$ ./semgetvalue test1 value = 0
步驟5：等待信號量2次,因爲執行前value值已是0了，按理來講執行了2次sem_wait後，應該變成-2，可是發現還行0。不要驚慌，內核是記住了value的值爲-2的。
ubuntu$ ./semwait test1 & [8] 3000 ubuntu$ ./semgetvalue test1 value = 0 ubuntu$ ./semwait test1 & [9] 3002 ubuntu$ ./semgetvalue test1 value = 0
步驟6：把信號量的value值+1
ubuntu$ ./sempost test1 pid 3000 has semaphore, value = 0 //來之第一個sem_wait程序的輸出 value = 0
步驟7：把信號量的value值+1
ubuntu$ ./sempost test1 pid 3002 has semaphore, value = 0 //來之第二個sem_wait程序的輸出 value = 0
步驟8：把信號量的value值+1，發現內核正確的記錄的value的值。
ubuntu$ ./sempost test1 value = 1
用信號量實現生產者和消費者
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>
#define NBUFF 10
#define SEM_MUTEX "mutex"
#define SEM_NEMPTY "nempty"
#define SEM_NSTORED "nstored"
int nitems;
struct {
int buff[NBUFF];
sem_t *mutex, *nempty, *nstored;
} shared;
void* produce(void *args){
int i;
for(i = 0; i < nitems; ++i){
sem_wait(shared.nempty);
sem_wait(shared.mutex);
shared.buff[i % NBUFF] = i;
sem_post(shared.mutex);
sem_post(shared.nstored);
}
return NULL;
}
void* consume(void* args){
int i;
for(i = 0; i < nitems; ++i){
sem_wait(shared.nstored);
sem_wait(shared.mutex);
shared.buff[i % NBUFF] = i;
sem_post(shared.mutex);
sem_post(shared.nempty);
}
return NULL;
}
int main(int argc, char** argv){
pthread_t tid_produce, tid_consume;
if(argc != 2){
printf("usage error\n");
exit(1);
}
nitems = atoi(argv[1]);
//create 3 semaphore
shared.mutex = sem_open(SEM_MUTEX, O_CREAT | O_EXCL, 0664, 1);
shared.nempty = sem_open(SEM_NEMPTY, O_CREAT | O_EXCL, 0664, NBUFF);
shared.nstored = sem_open(SEM_NSTORED, O_CREAT | O_EXCL, 0664, 0);
//create produce and consume thread
pthread_create(&tid_produce, NULL, produce, NULL);
pthread_create(&tid_consume, NULL, consume, NULL);
//wait for 2 thread
pthread_join(tid_produce, NULL);
pthread_join(tid_consume, NULL);
sem_unlink(SEM_MUTEX);
sem_unlink(SEM_NEMPTY);
sem_unlink(SEM_NSTORED);
exit(0);
}
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本人微信：xiaoshitou5854
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