【Linux】Linux进程间通信之信号量
1、信号量概念引入
在我们过去学习的进程间通信中，共享内存无疑是最快的进程间通信，但是共享内存没有进行同步互斥，而信号量的功能就是实现同步和互斥
2、同步和互斥概念介绍
那么什么是同步和互斥呢？
以下我们一一进行介绍：
先来介绍进程互斥相关概念：
（1）由于各进程要求共享资源，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使用这些资源，进程的这种关系为进程的互斥，就是一个进程使用这份资源另外一个进程就不能使用，这样两个进程之间就是互斥关系
（2）系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源。
（3）在进程中涉及到互斥资源的程序段叫临界区
再来介绍进程同步概念：
进程同步指的是多个进程要相互配合共同完成一项任务。
为了实现同步互斥，Dijkstra（迪杰斯特拉）提出信号量和P、V原语概念
那么他是怎样利用P、V原语来实现同步和互斥呢？
他提出将P、V在同一个进程中进而来实现互斥关系
将P、V放在不同进程中进而来实现同步关系
3、信号量到底是什么东西呢？
信号量值含义
S>0：S表示可用资源的个数
S=0：表示无可用资源，无等待进程
S<0：|S|表示等待队列中进程个数
可以这么理解信号量就是一个计数器
struct semaphore
{
int value;
pointer_PCB queue;
};
4、什么是P、V原语？
将信号量当做一个计数器的话，那么对计数器的操作就有两个，+和-
P原语 就相当于--操作
P(s)
{
s.value = s.value--;
if (s.value < 0)
{
该进程状态置为等待状状态
将该进程的PCB插入相应的等待队列s.queue末尾
}
}
V原语 相当于++操作
V(s)
{
s.value = s.value++;
if (s.value < =0)
{
唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程
改变其状态为就绪态
并将其插入就绪队列
}
5、有的时候一个信号量可能并不能满足我们的需要，这里我们就引入了信号量集的概念
信号量结构
struct semid_ds {
struct ipc_perm sem_perm; /* Ownership and permissions */
time_t sem_otime; /* Last semop time */
time_t sem_ctime; /* Last change time */
unsigned short sem_nsems; /* No. of semaphores in set */
};
6、介绍一下信号量集函数
（1）semget函数
【1】函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
【2】函数功能
用来创建和访问一个信号量集
【3】参数解释
参数一·：信号量集的名字
参数二：信号量级中信号量的个数
参数三：由九个权限标志位组成，它们的用法和创建文件的用法一样
【4】返回值
成功返回一个非负整数，即为信号量集的标识码，失败返回-1
（2）semctl函数
【1】函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
【2】函数功能
用于控制信号量集
【3】参数解释
参数一：函数semget返回的所创建信号量集的标识码
参数二：信号量集中信号量的序号
参数三：将要采取的动作（有三个可采取的值）IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID
【4】返回值
成功返回0，失败返回-1
（3）semop函数
【1】函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
【2】函数功能
用来创建和访问一个信号量集
【3】函数参数解释
参数一：信号量集标识码
参数二：一个结构体的实例
sembuf结构体：
struct sembuf
{
unsigned short sem_num; /* semaphore number */
short sem_op; /* semaphore operation */
short sem_flg; /* operation flags */
};
sem_num是信号量的编号。
sem_op是信号量一次PV操作时加减的数值，一般只会用到两个值：
一个是“-1”，也就是P操作，等待信号量变得可用；
另一个是“+1”，也就是我们的V操作，发出信号量已经变得可用
sem_flag的两个取值是IPC_NOWAIT或SEM_UNDO
参数三：信号量的个数
【4】返回值
成功返回0，失败返回-1
示例代码，我们按照二元信号量来测试：
代码如下：
Makefile
comm.h
comm.c
test_sem.c
运行结果：打印成对的A或者B
我们将测试代码中的P,V操作注释掉会出现如下现象，打印出的A和B随机组合或者不组合单独出现
信号量也和共享内存，消息队列一样，生命周期随内核，必须使用相应的指令来删除
使用ipcs -s来查看信号量集
使用ipcrm -s来删除信号量集