目录

👉一、前言

👉二、认识信号量

1、信号量的概念

2、信号量的作用

👉三、信号量相关函数

1、semget（）函数

2、semctl（）函数

3、semop（）函数

👉四、主函数测试

1、工程一

2、工程二

3、先执行工程一立马执行工程二

🔔Tip

👉一、前言

        回顾一下关于进程间的通信（IPC，InterProcess Communication）我们学习了哪些

• 1️⃣信号 ：信号的使用
• 2️⃣管道：管道的使用
• 3️⃣共享内存：共享内存的使用
• 4️⃣消息队列：消息队列的使用
• 5️⃣套接字（socket）：socket的使用

        今天来学习一个新的IPC通信： 信号量 

👉二、认识信号量

1、信号量的概念

• 信号量是一种变量，它只能取正整数值，对这些正整数只能进行两种操作：等待和信号
• 最简单的信号量是一个只能取“0”和“1”值的变量，也就是人们常说的“二进制信号量”

✅等待：P（semaphore variable）

        如果信号量为1，则进行 -1 操作，若为 0 ，则挂起该进程。

✅信号：V（semaphore variable）

        如果有其他进程因等待信号量而被挂起，就让它恢复执行；如果没有，则进行 +1 操作。

• 假设进程一和进程二共享同一个信号量，有如下两个场景

场景一

        初始sv=1，进程一先访问信号量，进行P操作后sv=0，此时进程二也访问了信号量并想要执行P操作，但是由于此时sv=0，所以进程二只能先挂起，直至进程一执行完业务，进行V操作后，即sv+1=1后，进程二恢复执行。

场景二

        进程一业务做完，执行V操作，sv+1=1，进程二恢复执行P操作，sv-1=0。

2、信号量的作用

• 信号量可以解决进程同步问题

        看完上述两个场景，可以发现信号量被一个进程占用的时候，另一个进程无法访问只能暂时挂起，是不是有点类似于线程锁？

        因此我们可以发现信号量可以解决进程的同步问题，即当两个进程访问同一块内存区域时（假设同时访问同一个共享内存），如果两个进程同时操作里面的数据时，这时候就会出现数据不安全的问题，使用信号量可以让一个进程先执行，另一个挂起，直至第一个进程执行完业务，第二个进程再执行业务。

下面我们来学习一下信号量的相关函数

👉三、信号量相关函数

1、semget（）函数

• 函数功能：创建一个新的信号量或者取得一个现有信号量的键字

头文件👇

#include
#include
#include

函数原型👇

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

参数👇

✅key：一个整数值，不相关的进程将通过这个值去访问同一个信号量。

✅nsems：需要使用的信号量个数，一般为1。

✅semflg：权限位，类似于文件的权限位，一般为（IPC_CREAT | 0777）。

返回值👇

✔️成功：返回一个正数值 ，即 semid 。

❌失败：returns -1 ；

• 代码示例

int sem_create(key_t key, int nsems){int res = semget(key, nsems, IPC_CREAT | 0777);if (res < 0){perror("semget error");}return res;}

2、semctl（）函数

• 函数功能：允许我们直接控制信号量的信息

头文件👇

#include
#include
#include

函数原型👇

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

参数👇

✅semid：semget () 函数的返回值。

✅semnum：信号量的编号，一般取值为 0，表示这是第一个也是唯一的信号量。

✅cmd：将要采取的操作动作。

✅...：如果还有第四个参数，那它将是一个“union semun”复合结构

返回值👇

✔️成功：returns 0 ；

❌失败：returns -1 ；

• 补充

• semctl函数里的command可以有许多不同的值，下面这两个是比较常用的：

        SETVAL：用来把信号量初始化为一个已知的值，这个值在semun结构里是以val成员的面目传递的。

        IPC_RMID：删除一个已经没有人继续使用的信号量标识码

• union semun复合结构如下

union semun

{
    int              val;    /* Value for SETVAL */ //设置具体值
    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) */
};

一般通过设置val的值，来设置信号量具体值。

• 代码示例

union semun {intval;    /* Value for SETVAL */ //设置具体值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) */};//信号量设置值int sem_setval(int semid, int senindex, int val){//senindex:信号量的编号，​​​​​​​一般取值为 0union semun arg;arg.val = val;//设置具体值int res = semctl(semid, senindex, SETVAL, arg);if (res < 0){perror("semctl error");}return res;}

3、semop（）函数

• 函数功能：改变信号量的键值

头文件👇

#include
#include
#include

函数原型👇

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

参数👇

✅semid：semget () 函数的返回值。

✅sops：是个指向一个结构体 struct sembuf 的指针。

✅nsops：一般为1。

返回值👇

✔️成功：returns 0 ；

❌失败：returns -1 ；

• struct sembuf 结构体如下

struct sembuf

{         

         //信号量的编号,一般为0。

        short sem_num; 

        //一般只会用到两个值,P操作 -1，V操作 1。

        short sem_op; 

        //sem_flg通常被设置为SEM_UNDO

        short sem_flg;

};

• 代码示例

//信号量p操作 -1int sem_p(int semid, int semindex){//senindex:信号量的编号，​​​​​​​一般取值为 0struct sembuf buf = { semindex, -1, SEM_UNDO };int res = semop(semid, &buf, 1);if (res < 0){perror("semop error");}return res;}//信号量v操作 +1int sem_v(int semid, int semindex){struct sembuf buf = { semindex, 1, SEM_UNDO };int res = semop(semid, &buf, 1);if (res < 0){perror("semop error");}return res;}

👉四、主函数测试

• 创建两个工程，访问同一个信号量，并执行P、V操作。
• 调用的函数为上面示例代码所封装的

1、工程一

• 工程一为创建信号量，并赋初值为1

int main(){//如果1001信号量存在则访问 不存在则创建int semid = sem_create((key_t)1001, 1);//将信号量数组下标为0的数据设置为1sem_setval(semid, 0, 1);//加锁 信号量数组下标为0 执行P操作后信号量的值为0sem_p(semid, 0);for (int i = 0; i < 5; i++){cout << "第一个进程正在运行…… i = " << i << endl;sleep(1);}//解锁，执行V操作后 信号量的值为1sem_v(semid, 0);return 0;}

2、工程二

• 工程二为访问上一个工程创建的信号量，不需要再赋初值。

int main(){//如果1001信号量存在则访问 不存在则创建int semid = sem_create((key_t)1001, 1);//加锁 -1sem_p(semid, 0);//阻塞无法继续执行  只有上一个工程结束后才执行for (int i = 0; i < 5; i++){cout << "第二个进程正在运行…… i = " << i << endl;sleep(1);}//解锁 +1sem_v(semid, 0);return 0;}

3、先执行工程一立马执行工程二

• 测试效果如下

• 可以发现执行第一个工程后，立马执行第二个工程（此时第二个工程被挂起），只有当第一个工程结束，第二个工程才恢复执行。
• 类似于线程“加锁”，解决进程同步问题。

🔔Tip

在linux终端

• 输入ipcs， 可以查看创建的信号量

• 输入 ipcrm -a，可以删除创建的信号量

 

😘The end ……🔚

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