• linux进程间通信之信号量


             注意请不要把它与之前所说的信号混淆起来,信号与信号量是不同的两种事物。

    摘要

            本文旨在深入探讨Linux进程间通信中的信号量机制,包括其工作原理、系统调用接口以及实际应用场景。通过理论分析和示例代码的解读,本文将帮助读者更好地理解信号量在多进程环境中的作用和应用。

    一.信号量的简介

            在Linux操作系统中,进程间通信(IPC)是一种非常重要的技术,它允许不同的进程之间共享信息和数据。信号量是进程间通信的一种方式,它用于控制多个进程对共享资源的访问。

            信号量是一个计数器,它可以被视为一个在进程之间共享的变量。通过使用信号量,一个进程可以等待一个资源被释放,或者通知其他进程一个资源已经可用。      

            举个例子,就是两个进程共享信号量 sv ,一旦其中一个进程执行了 P(sv) 操作,它将得到信号量,并可 以进入临界区,使 sv 1 。而第二个进程将被阻止进入临界区,因为当它试图执行 P(sv) 时, sv 0 ,它会 被挂起以等待第一个进程离开临界区域并执行 V(sv) 释放信号量,这时第二个进程就可以恢复执行。

    二.信号量工作原理与步骤

            信号量是一个计数器,可以看作是在进程之间共享的变量。它主要用于解决多个进程对共享资源的访问冲突问题。当一个进程需要访问共享资源时,它会首先检查信号量的值。如果信号量的值为正,则该进程可以继续执行;如果信号量的值为0,则该进程会被阻塞,直到其他进程释放资源并增加信号量的值。

    使用 System V 信号灯的步骤如下:
            1. 使用 semget() 创建或打开一个信号灯集。
            2. 使用 semctl() 初始化信号灯集,。
            3. 使用 semop() 操作信号灯值,即进行 P/V 操作。
            P 操作:申请资源,申清完后信号灯值 -1
            V 操作:释放资源,释放资源后信号灯值 +1

    三.系统调用接口

            信号量是一个特殊的变量,程序对其访问都是原子操作,且只允许对它进行等待(即 P(信号变量))和发送(即 V(信号变量))信息操作。我们通常通过信号来解决多个进程对同一资源的访问竞争的问题,使在任一 时刻只能有一个执行线程访问代码的临界区域,也可以说它是协调进程间的对同一资源的访问权,也就是用于同步进程的。

    在Linux中,使用信号量需要进行一系列系统调用。以下是几个常用的系统调用接口:

    1.sem_init

      用于初始化一个信号量。它接受三个参数:信号量对象的键值、信号量的初始值和共享内存的权限标志。

    2.semop

      用于对信号量进行操作,包括锁定和解锁。它接受三个参数:信号量对象的键值、指向sembuf结构体的指针和操作的个数。

    3.sem_wait

      用于锁定信号量。它将信号量的值减1,如果信号量的值为负,则该进程会被阻塞。

    4.sem_post

      用于解锁信号量。它将信号量的值加1,如果信号量的值为正,则继续等待的进程将被唤醒。

    5.sem_destroy

      用于销毁一个信号量。它接受一个参数:信号量对象的键值。

    四.实验代码

             指定哪个进程运行,可以使用进程间通信的知识,或者使用信号量,这里以使用信号量为例:

    1. #include
    2. #include
    3. #include
    4. #include
    5. #include
    6. #define SEMKEY 123456 // 信号量键
    7. int main() {
    8. int semid; // 信号量标识符
    9. struct sembuf sembuf_lock = {0, -1, SEM_UNDO}; // 用于锁定信号量的结构体
    10. struct sembuf sembuf_unlock = {0, 1, SEM_UNDO}; // 用于解锁信号量的结构体
    11. // 创建信号量,初始值为1
    12. if ((semid = sem_init(SEMKEY, 0, 1)) < 0) {
    13. perror("sem_init");
    14. exit(EXIT_FAILURE);
    15. }
    16. // 创建子进程
    17. pid_t pid = fork();
    18. if (pid < 0) {
    19. perror("fork");
    20. exit(EXIT_FAILURE);
    21. } else if (pid == 0) { // 子进程
    22. printf("Child process is running.\n");
    23. // 锁定信号量,等待资源可用
    24. if (semop(semid, &sembuf_lock, 1) < 0) {
    25. perror("semop");
    26. exit(EXIT_FAILURE);
    27. }
    28. printf("Child process got the resource.\n");
    29. // 使用资源,模拟执行一段时间
    30. sleep(2);
    31. // 解锁信号量,释放资源
    32. if (semop(semid, &sembuf_unlock, 1) < 0) {
    33. perror("semop");
    34. exit(EXIT_FAILURE);
    35. }
    36. printf("Child process finished using the resource.\n");
    37. }
    38. else { // 父进程
    39. printf("Parent process is running.\n");
    40. // 等待子进程锁定信号量
    41. sleep(1);
    42. // 锁定信号量,尝试获取资源,等待子进程释放资源
    43. if (semop(semid, &sembuf_lock, 1) < 0) {
    44. perror("semop");
    45. exit(EXIT_FAILURE);
    46. }
    47. printf("Parent process got the resource.\n");
    48. // 使用资源,模拟执行一段时间
    49. sleep(2);
    50. // 解锁信号量,释放资源
    51. if (semop(semid, &sembuf_unlock, 1) < 0) {
    52. perror("semop");
    53. exit(EXIT_FAILURE);
    54. }
    55. printf("Parent process finished using the resource.\n");
    56. }
    57. // 销毁信号量
    58. if (sem_destroy(semid) < 0) {
    59. perror("sem_destroy");
    60. exit(EXIT_FAILURE);
    61. }
    62. return 0;
    63. }

    五、结论

             通过本文对Linux进程间通信之信号量的深入剖析及示例代码的讲解,可以得出以下结论:信号量是一种有效的进程间同步和协调机制,能够解决多个进程对共享资源的访问冲突问题。通过系统调用接口,我们可以创建、操作和销毁信号量。在示例代码中,我们展示了如何使用信号量实现进程间的同步和协调,确保在同一时间只有一个进程使用共享资源,从而避免了竞争条件和数据不一致的问题。总之,信号量是Linux进程间通信中不可或缺的一部分,对于多进程应用程序的开发具有重要意义。

     

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/weixin_66634995/article/details/134493550