• lv5 嵌入式开发-12 信号灯

    目录

    1 信号量/灯(semaphore)基本概念

    2 信号量－Ｐ／Ｖ操作概念

    3 三种信号灯

    3.1 有名信号灯

    3.1.1 打开

    3.1.2 关闭

    3.1.3 删除

    3.2 无名信号灯

    3.2.1 初始化

    3.2.2 销毁

    3.3 信号灯P操作

    3.4 信号灯V操作

    3.5 示例

    3.5.1 有名信号示例

    3.5.2 无名信号灯示例（逻辑同上）

    3.5 System V 信号灯使用：

    3.5.1 创建/打开信号灯

    3.5.2 进行P - V操作

    3.5.3 初始化/删除

    3.5.4 System V IPC - 信号灯特点

    3.5.5  System V信号灯使用步骤

    3.6 System V信号灯示例

    掌握：信号灯机制、信号灯初始化、打开/创建信号灯、信号灯-P操作、信号灯-V操作、信号灯、共享内存

    1 信号量/灯(semaphore)基本概念

    信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量。

    概念：是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。类似我们的生产者和消费者场景。

    类似之前讲过的条件变量。

    信号量是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问

    •         初始化
    •         P操作(申请资源)
    •        Ｖ操作(释放资源)

    2 信号量－Ｐ／Ｖ操作概念

    1. Ｐ(Ｓ) 含义如下:
    2.     if  (信号量的值大于0) {   
    3.           申请资源的任务继续运行；
    4.           信号量的值减一；
    5.     }
    6.     else {   申请资源的任务阻塞；} 
    7.            
    8.  
    9. V(Ｓ) 含义如下:
    10.      信号量的值加一；
    11.      if (有任务在等待资源) {
    12.           唤醒等待的任务，让其继续运行
    13.      }

    3 三种信号灯

    信号灯也叫信号量，用于进程/线程同步或互斥的机制

    信号灯的类型  

    • Posix 无名信号灯  
    • Posix有名信号灯    （linux只支持线程同步）
    • System V  信号灯

    Posix 有名信号灯和无名信号灯使用：

    wait 相当于p操作，post相当于v操作 

    3.1 有名信号灯

    3.1.1 打开

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

    参数：

    name：name是给信号灯起的名字

    oflag：打开方式，常用O_CREAT

    mode：文件权限。常用0666

    value：信号量值。二元信号灯值为1，普通表示资源数目

    信号灯文件位置：/dev/shm

    3.1.2 关闭

    int sem_close(sem_t *sem);

    3.1.3 删除

    int sem_unlink(const char* name);

    3.2 无名信号灯

    3.2.1 初始化

    int sem_init(sem_t *sem, int shared, unsigned int value);

     参数：

    sem：需要初始化的信号灯变量

    shared: shared指定为0，表示信号量只能由初始化这个信号量的进程使用，不能在进程间使用,linux 不支持进程间同步。0 – 线程间   1 – 进程间  

    Value:信号量的值

    3.2.2 销毁

    int sem_destroy(sem_t* sem);

    成功时返回0，失败时返回EOF  

    sem  指向要操作的信号量对象

    3.3 信号灯P操作

    int sem_wait(sem_t *sem);

    成功时返回0，失败时返回EOF  

    sem  指向要操作的信号量对象

    获取资源，如果信号量为0，表示这时没有相应资源空闲，那么调用线程就将挂起，直到有空闲资源可以获取

    3.4 信号灯V操作

    int sem_post(sem_t *sem);

    释放资源，如果没有线程阻塞在该sem上，表示没有线程等待该资源，这时该函数就对信号量的值进行增1操作，表示同类资源多增加了一个。如果至少有一个线程阻塞在该sem上，表示有线程等待资源，信号量为0，这时该函数保持信号量为0不变，并使某个阻塞在该sem上的线程从sem_wait函数中返回

    注意：编译posix信号灯需要加pthread动态库。

    3.5 示例

    3.5.1 有名信号示例

    避免读写混乱：规定写资源初值为1，读资源初值为0。获取写入权限，后写-1，读+1，获取读权限后，读-1，写+1。

    sem_r.c

    1. #include            /* For O_* constants */
    2. #include         /* For mode constants */
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10.  
    11. //删除信号，以免程序退出（ctrl+c) 重新打开无法开启
    12. void delsemfile(int sig){
    13.     sem_unlink("mysem_r");
    14.     exit(0);
    15. }
    16.  
    17. int main(){
    18.  
    19.    sem_t *sem_r,*sem_w;
    20.    key_t key;
    21.    int shmid;
    22.    char *shmaddr;
    23.  
    24.    struct sigaction act;
    25.    act.sa_handler = delsemfile;
    26.    act.sa_flags = 0;
    27.  
    28.    sigemptyset(&act.sa_mask);
    29.  
    30.    sigaction(SIGINT,&act,NULL); //启用linux中信号退出回调函数delsemfile，用于删除信号量
    31.  
    32.    key = ftok(".",100);
    33.    if(key<0){
    34.        perror("ftok");   
    35.        return 0;
    36.    }
    37.  
    38.    shmid = shmget(key,500,0666|IPC_CREAT);  //创建信号灯
    39.    if(shmid<0){
    40.        perror("shmget");
    41.        return 0;
    42.    }
    43.  
    44.    shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);           //创建共享内存
    45.    
    46.    sem_r = sem_open("mysem_r",O_CREAT|O_RDWR,0666,0);   //创建初值为0的读信号灯
    47.    sem_w = sem_open("mysem_w",O_CREAT|O_RDWR,0666,1);   //创建初值为1的写信号灯
    48.  
    49.    while(1){
    50.         sem_wait(sem_r);             //P操作，获取读资源，读资源-1
    51.         printf("%s\n",shmaddr);
    52.         sem_post(sem_w);             //V操作，写资源+1
    53.    }
    54. }
    55.

    sem_w.c

    1. #include            /* For O_* constants */
    2. #include         /* For mode constants */
    3. #include 
    4.  
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10. #include 
    11.  
    12. void delsemfile(int sig){
    13.     sem_unlink("mysem_w");
    14.     exit(0);
    15. }
    16.  
    17. int main(){
    18.  
    19.  
    20.    sem_t *sem_r,*sem_w;
    21.    key_t key;
    22.    int shmid;
    23.    char *shmaddr;
    24.  
    25.    struct sigaction act;
    26.    act.sa_handler = delsemfile;
    27.    act.sa_flags = 0;
    28.    sigemptyset(&act.sa_mask);
    29.  
    30.    sigaction(SIGINT,&act,NULL);
    31.  
    32.    key = ftok(".",100);
    33.    if(key<0){
    34.        perror("ftok");
    35.        return 0;
    36.    }
    37.  
    38.    shmid = shmget(key,500,0666|IPC_CREAT);  //创建信号灯，500个字节
    39.    if(shmid<0){
    40.        perror("shmget");
    41.        return 0;
    42.    }
    43.  
    44.    shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
    45.    
    46.    sem_r = sem_open("mysem_r",O_CREAT|O_RDWR,0666,0);
    47.    sem_w = sem_open("mysem_w",O_CREAT|O_RDWR,0666,1);
    48.  
    49.    while(1){
    50.         sem_wait(sem_w);
    51.         printf(">");
    52.         fgets(shmaddr,500,stdin);
    53.         sem_post(sem_r);
    54.    }
    55.  
    56. }
    57.

    3.5.2 无名信号灯示例（逻辑同上）

    1. #include            /* For O_* constants */
    2. #include         /* For mode constants */
    3. #include 
    4.  
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10. #include 
    11. #include 
    12.  
    13.  
    14. sem_t sem_r,sem_w;
    15. char *shmaddr;
    16.  
    17. void destroysem(int sig){
    18. //    sem_unlink("mysem_w");
    19.    sem_destroy(&sem_r);
    20.    sem_destroy(&sem_w);
    21.    exit(0);
    22.  
    23. }
    24.  
    25. void *readmem(void *arg){
    26.     while(1){
    27.         sem_wait(&sem_r);         //P操作
    28.         printf("%s\n",shmaddr);
    29.         sem_post(&sem_w);         //V操作
    30.  
    31.     }
    32.  
    33. }
    34.  
    35.  
    36. int main(){
    37.  
    38.    key_t key;
    39.    int shmid;
    40.    struct sigaction act;
    41.  
    42.    act.sa_handler = destroysem;
    43.    act.sa_flags = 0;
    44.    sigemptyset(&act.sa_mask);
    45.  
    46.    sigaction(SIGINT,&act,NULL);
    47.  
    48.    key = ftok(".",100);
    49.    if(key<0){
    50.        perror("ftok");
    51.        return 0;
    52.    }
    53.  
    54.    shmid = shmget(key,500,0666|IPC_CREAT);
    55.    if(shmid<0){
    56.        perror("shmget");
    57.        return 0;
    58.    }
    59.  
    60.    shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
    61.    
    62. //   sem_r = sem_open("mysem_r",O_CREAT|O_RDWR,0666,0);
    63. //   sem_w = sem_open("mysem_w",O_CREAT|O_RDWR,0666,1);
    64.    sem_init(&sem_r,0,0);     //有名信号灯创建，读初值0
    65.    sem_init(&sem_w,0,1);     //有名信号灯创建，写初值1
    66.  
    67.    pthread_t tid;
    68.    pthread_create(&tid,NULL,readmem,NULL);   //创建线程
    69.     
    70.    while(1){
    71.         sem_wait(&sem_w);    //P操作
    72.         printf(">");
    73.         fgets(shmaddr,500,stdin);
    74.         sem_post(&sem_r);    //V操作
    75.    }
    76.  
    77. }
    78.

    3.5 System V 信号灯使用：

    3.5.1 创建/打开信号灯

    int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

    参数：key：ftok产生的key值（和信号灯关联的key值）

              nsems：信号灯集中包含的信号灯数目

              semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREAT |0666   IPC_EXCL

    返回值：成功：信号灯集ID ； 失败：-1

    3.5.2 进行P - V操作

    int semop ( int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);

    功能：对信号灯集合中的信号量进行P - V操作

    参数：semid：信号灯集ID        

              opsptr:   操作结构体

    1. struct sembuf {
    2.     short sem_num; // 要操作的信号灯的编号
    3.     short sem_op;  // 1 : 释放资源，V操作
    4.                    // -1 : 分配资源，P操作  
    5.     short sem_flg; // 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
    6. };//对某一个信号灯的操作，如果同时对多个操作，则需要定义这种结构体数组

               nops: 要操作的信号灯的个数 ，1个

    返回值：成功 ：0 ； 失败：-1

    3.5.3 初始化/删除

    int semctl ( int semid, int semnum, int cmd…/*union semun arg*/);

    功能：信号灯集合的控制（初始化/删除）

    参数：semid：信号灯集ID

               semnum: 要操作的集合中的信号灯编号

               cmd：

               GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值

               SETVAL：设置信号灯的值，需要用到第四个参数：共用体

               IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合

    返回值：成功 0 ； 失败 -1

    3.5.4 System V IPC - 信号灯特点

    System V 信号灯是一个或多个计数信号灯的集合

    可同时操作集合中的多个信号灯

    申请多个资源时避免死锁

    3.5.5  System V信号灯使用步骤

    • 打开/创建信号灯  
    • semget 信号灯初始化  
    • semctl P/V操作   semop
    • 删除信号灯  semctl

    3.6 System V信号灯示例

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10. #include 
    11.  
    12.  
    13.  
    14. #define SEM_READ   0
    15. #define SEM_WRITE  1
    16.  
    17. union semun {
    18.    int val;
    19. };               
    20.  
    21. void Poperation(int semid,int semindex){
    22.    struct sembuf sbuf;
    23.    sbuf.sem_num =  semindex;
    24.    sbuf.sem_op = -1;
    25.    sbuf.sem_flg = 0;
    26.  
    27.    semop(semid,&sbuf,1);
    28.  
    29.  
    30. }
    31. void Voperation(int semid,int semindex){
    32.    struct sembuf sbuf;
    33.    sbuf.sem_num =  semindex;
    34.    sbuf.sem_op = 1;
    35.    sbuf.sem_flg = 0;
    36.               
    37.    semop(semid,&sbuf,1);
    38.  
    39.  
    40. }
    41.  
    42.  
    43.  
    44.  
    45. int main(){
    46.  
    47.     key_t key;
    48.     char *shmaddr;
    49.     int semid,shmid;
    50.     key = ftok(".",100);
    51.     if(key<0){
    52.         perror("ftok");
    53.         return 0;
    54.     }
    55.     
    56.     semid = semget(key,2,IPC_CREAT |0666);
    57.     if(semid<0){
    58.         perror("semget");
    59.         return 0;
    60.     }
    61.     shmid = shmget(key,500,IPC_CREAT |0666);
    62.     shmaddr = shmat(shmid,NULL,0);
    63.     union semun mysem;
    64.     mysem.val = 0;
    65.     semctl(semid,SEM_READ,SETVAL,mysem);
    66.     mysem.val = 1;
    67.     semctl(semid,SEM_WRITE,SETVAL,mysem);
    68.  
    69.     pid_t pid;
    70.     pid = fork();
    71.     if(pid<0){
    72.         perror("fork");
    73.         shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
    74.         semctl(semid,0,IPC_RMID);
    75.         exit(-1);
    76.     }else if(pid == 0){
    77.         while(1){
    78.             Poperation(semid,SEM_READ);
    79.             printf("%s\n",shmaddr);
    80.             Voperation(semid,SEM_WRITE);
    81.  
    82.     }
    83.  
    84.  
    85.     }else{
    86.         while(1){
    87.             Poperation(semid,SEM_WRITE);
    88.             printf(">");
    89.             fgets(shmaddr,32,stdin);
    90.             Voperation(semid,SEM_READ);
    91.         }
    92.  
    93.     }
    94. }

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