Linux處理序間通訊(System V) --- 訊號量

Linux處理序間通訊(System V) --- 訊號量
訊號量 IPC 原理

訊號量通訊機制主要用來實現進程間同步，避免並發訪問共用資源。訊號量可以標識系統可用資源的個數。最簡單的訊號量為二元訊號量

為 Linux 訊號量通訊機制的概念圖。在實際應用中，兩個進程通訊可能會使用多個訊號量，因此，Linux 在管理時以訊號量集合的概念來管理。

通常所說的建立一個訊號量實際上是建立了一個訊號量集合，在這個訊號量集合中，可能有多個訊號量。整個訊號量集合由以下部分組成。

1.訊號量集合資料結構：在此資料結構中定義了整個訊號量集合的基本屬性，如存取權限。2.訊號量：訊號量集合使用指標指向一個由數組構成的訊號量單元，在此訊號量單元中儲存了各訊號量的值。

訊號量集合的資料結構定義如下：

from /usr/include/linux/sem.hstruct semid_ds {    struct ipc_perm sem_perm;       /* permissions .. see ipc.h 許可權 */    __kernel_time_t sem_otime;      /* last semop time 最近semop時間 */    __kernel_time_t sem_ctime;      /* last change time 最近修改時間 */    struct sem  *sem_base;          /* ptr to first semaphore in array 第一個訊號量 */    struct sem_queue *sem_pending;      /* pending operations to be processed 阻塞訊號量 */    struct sem_queue **sem_pending_last;    /* last pending operation 最後一個阻塞訊號量 */    struct sem_undo *undo;          /* undo requests on this array undo隊列 */    unsigned short  sem_nsems;      /* no. of semaphores in array 訊號量數 */};

訊號量的資料結構定義如下：

from /usr/src/kernels/xxx/include/linux/sem.hxxx 為 uname -r 命令所得struct sem {    int semval;     /* current value 訊號量的值 */    int sempid;     /* pid of last operation 最近一個操作的進程號PID */};

Linux 訊號量管理操作

1.建立訊號量集合

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>/* * 第一個參數為 key 值，一般由 ftok() 函數產生 * 第二個參數為建立的訊號量個數，以數組的方式儲存 * 第三個參數用來標識訊號量集合的許可權 */int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

2.控制訊號量集合、訊號量

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>/*  * 第一個參數為要操作的訊號量標識符 * 第二個參數，如果要操作的是訊號量則它是訊號量的下標;如果操作集合，此參數無意義 * 第三個參數為要執行的操作 * 第四個參數則需根據第三個參數進行設定，其類型為 senum 的共用體 */int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);semun 共用體如下：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) */};

3.訊號量的操作

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>/* * 第一個參數為要操作的訊號量的標識符 * 第二個參數為 sembuf 結構體 * 第三個參數為 sops 個數 */int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);sembuf 結構體如下：struct sembuf {    unsigned short  sem_num;    /* semaphore index in array 訊號量下標 */    short       sem_op;         /* semaphore operation 訊號量操作 */    short       sem_flg;        /* operation flags 操作標識 */};sem_flg 為操作標識。可選為以下各值：IPC_NOWAIT：在對訊號量集合的操作不能執行的情況下，調用立即返回。SEM_UNDO：當進程退出後，該進程對 sem 進行的操作將被撤銷。

程式執行個體

下面用一個程式來示範 SEM_UNDO 的效果：

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>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 */}; static void sem_init(int id){    union semun sem;    sem.val = 10;    /* 初始化訊號量的值 */    semctl(id, 0, SETVAL, sem);}static void sem_v(int id){    struct sembuf buf = {        .sem_num = 0,        .sem_op = -1,        /* 可改為 SEM_UNDO 查看結果 */    //  .sem_flg = 0,        .sem_flg = SEM_UNDO,    };    /* 操作訊號量 */    semop(id, &buf, 1);}static int get_val(int id){    /* 擷取訊號量的值 */    return semctl(id, 0, GETVAL);}int main(){    int sem_id, pid;    /* 建立訊號量集合 */    sem_id = semget((key_t)1004, 1, IPC_CREAT | 0600);    sem_init(sem_id);    if((pid = fork()) == -1){        perror("fork Err");        exit(0);    }    else if(!pid){        sem_v(sem_id);              printf("child : %d \n", get_val(sem_id));    }    else{        sleep(1);        printf("parent : %d \n", get_val(sem_id));}    return 0;}

如果未採用 SEM_UNDO 標識，子進程輸出 9 ，父進程輸出 9;

如果採用了 SEM_UNDO 標識，子進程輸出 9，父進程輸出 10。