信号量的概念
信号量（信号灯）本质上是一个计数器，用于协调多个进程（包括但不限于父子进程）对共享数据对象的读/写。它不以传送数据为目的，主要是用来保护共享资源（共享内存、消息队列、socket连接池、数据库连接池等），保证共享资源在一个时刻只有一个进程独享。
信号量是一个特殊的变量，只允许进程对它进行等待信号和发送信号操作。最简单的信号量是取值0和1的二元信号量，这是信号量最常见的形式。
通用信号量（可以取多个正整数值）和信号量集方面的知识比较复杂，应用场景也比较少。
本文只介绍二元信号量。
相关函数
Linux中提供了一组函数用于操作信号量，程序中需要包含以下头文件：
1
2
3
4
5
| #include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
|
semget函数
semget函数用来获取或创建信号量，它的原型如下：
1
| int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
|
1）参数key是信号量的键值，typedef unsigned int key_t，是信号量在系统中的编号，不同信号量的编号不能相同，这一点由程序员保证。key用十六进制表示比较好。
2）参数nsems是创建信号量集中信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效，这里固定填1。
3）参数sem_flags是一组标志，如果希望信号量不存在时创建一个新的信号量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。如果没有设置IPC_CREAT标志并且信号量不存在，就会返错误（errno的值为2，No such file or directory）。
4）如果semget函数成功，返回信号量集的标识；失败返回-1，错误原因存于error中。
示例：
1）获取键值为0x5000的信号量，如果该信号量不存在，就创建它，代码如下：
1
| int semid=semget(0x5000,1,0640|IPC_CREAT);
|
2）获取键值为0x5000的信号量，如果该信号量不存在，返回-1，errno的值被设置为2，代码如下：
1
| int semid= semget(0x5000,1,0640)；
|
semctl函数
该函数用来控制信号量（常用于设置信号量的初始值和销毁信号量），它的原型如下：
1
| int semctl(int semid, int sem_num, int command, ...);
|
1）参数semid是由semget函数返回的信号量标识。
2）参数sem_num是信号量集数组上的下标，表示某一个信号量，填0。
3）参数cmd是对信号量操作的命令种类，常用的有以下两个：
IPC_RMID：销毁信号量，不需要第四个参数；
SETVAL：初始化信号量的值（信号量成功创建后，需要设置初始值），这个值由第四个参数决定。第四参数是一个自定义的共同体，如下：
1
2
3
4
5
6
7
|
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
|
4）如果semctl函数调用失败返回-1；如果成功，返回值比较复杂，暂时不关心它。
示例：
1）销毁信号量。
1
| semctl(semid,0,IPC_RMID);
|
2）初始化信号量的值为1，信号量可用。
1
2
3
| union semun sem_union;
sem_union.val = 1;
semctl(semid,0,SETVAL,sem_union);
|
semop函数
该函数有两个功能：1）等待信号量的值变为1，如果等待成功，立即把信号量的值置为0，这个过程也称之为等待锁；2）把信号量的值置为1，这个过程也称之为释放锁。
1
| int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
|
1）参数semid是由semget函数返回的信号量标识。
2）参数nsops是操作信号量的个数，即sops结构变量的个数，设置它的为1（只对一个信号量的操作）。
3）参数sops是一个结构体，如下：
1
2
3
4
5
6
7
| struct sembuf
{
short sem_num;
short sem_op;
short sem_flg;
};
|
示例：
1）等待信号量的值变为1，如果等待成功，立即把信号量的值置为0；
1
2
3
4
5
| struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = -1;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
semop(sem_id, &sem_b, 1);
|
2）把信号量的值置为1。
1
2
3
4
5
| struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = 1;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
semop(sem_id, &sem_b, 1);
|
示例程序
为了便于理解，我把信号量的操作封装成CSEM类，称之为信号灯，类似互斥锁，包括初始化信号灯、等待信号灯、挂出信号灯和销毁信号灯。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
|
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
class CSEM
{
private:
union semun // 用于信号灯操作的共同体。
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *arry;
};
int sem_id;
public:
bool init(key_t key);
bool wait();
bool post();
bool destroy();
};
int main(int argc, char *argv[])
{
CSEM sem;
if (sem.init(0x5000)==false) { printf("sem.init failed.\n"); return -1; }
printf("sem.init ok\n");
if (sem.wait()==false) { printf("sem.wait failed.\n"); return -1; }
printf("sem.wait ok\n");
sleep(50);
if (sem.post()==false) { printf("sem.post failed.\n"); return -1; }
printf("sem.post ok\n");
}
bool CSEM::init(key_t key)
{
if ( (sem_id=semget(key,1,0640)) == -1)
{
if (errno==2)
{
if ( (sem_id=semget(key,1,0640|IPC_CREAT)) == -1) { perror("init 1 semget()"); return false; }
union semun sem_union;
sem_union.val = 1;
if (semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union) < 0) { perror("init semctl()"); return false; }
}
else
{ perror("init 2 semget()"); return false; }
}
return true;
}
bool CSEM::destroy()
{
if (semctl(sem_id,0,IPC_RMID) == -1) { perror("destroy semctl()"); return false; }
return true;
}
bool CSEM::wait()
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = -1;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) { perror("wait semop()"); return false; }
return true;
}
bool CSEM::post()
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num = 0;
sem_b.sem_op = 1;
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) { perror("post semop()"); return false; }
return true;
}
|
其它的操作命令
用ipcs -s可以查看系统的信号量，内容有键值（key），信号量编号（semid），创建者（owner），权限（perms），信号量数（nsems）。
用ipcrm sem 信号量编号，可以手工删除信号量
微信
支付宝
