学习记录——day28 信号量集

一、信号量集

1、信号量集的API函数接口

二、将信号量集函数再次封装

1、sem.h

2、sem.c

三、使用信号量集完成共享内存的进程同步

1、发送端

2、接收端

一、信号量集

信号量集，其实就是无名信号量的集合，主要用于完整多个进程间的同步问题.。

使用 semget 函数申请信号量集时，需指定申请的信号量的数量，函数会对信号量从零开始编号；对信号量进行初始化则、删除等操作需要使用 semctl 函数；申请和释放信号量时需指定信号量编号使用的时 semop 函数。

由于直接使用函数库提供的函数操作繁琐，使用不方便，所以对信号量集相关函数进行再次封装，以便使用。

1、信号量集的API函数接口

1、创建一个信号量集
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建信号灯集
参数1：用于创建信号量集的key值，可以是IPC_PRIVATE,也可以由ftok创建出来
参数2：创建的信号灯集中的信号量的个数
参数3：创建的标识
IPC_CREAT：表示本次操作要创建一个信号量集，如果该key值对应的信号量集已经存在，则直接打开该信号量集对象
IPC_EXCL:表示本次确保要创建一个新的信号量集，如果该信号量集已经存在，则该函数报错，错误码为EEXIST
创建文件的权限，也在该参数中，使用位或连接
返回值：成功返回创建出来的共享内存的id，失败返回-1并置位错误码

2、信号量集的控制函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
功能：信号量集的控制函数
参数1：信号量集的id
参数2：要控制的信号灯集中的信号灯的编号，编号从0开始的
参数3：控制指令
IPC_RMID:删除信号灯集，此时参数4可以省略不写，参数2被忽略
IPC_STAT\IPC_SET：获取或设置信号灯集的属性
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 long sem_nsems; /* No. of semaphores in set */
};

The ipc_perm structure is defined as follows (the highlighted fields are settable using IPC_SET):

struct ipc_perm {
key_t __key; /* Key supplied to semget(2) */
uid_t uid; /* Effective UID of owner */
gid_t gid; /* Effective GID of owner */
uid_t cuid; /* Effective UID of creator */
gid_t cgid; /* Effective GID of creator */
unsigned short mode; /* Permissions */
unsigned short __seq; /* Sequence number */
};
GETVAL\SETVAL：设置参数2这一个信号灯中的值，放到参数4提供的整数中
GETALL\SETALL:设置或获取所有信号灯的值，放入到参数4提供的数组中
参数4：可变参数，会根据参数3的不同，使用的类型也不同，所以是一个共用体变量
union semun {
int val; /* 参数3为 SETVAL使用该成员 */
struct semid_ds *buf; /* 参数3位 IPC_STAT, IPC_SET使用该成员 */
unsigned short *array; /* 参数3位 GETALL, SETALL 使用该成员*/
struct seminfo *__buf; /* 参数3为 IPC_INFO
使用该成员*/
};
返回值：对于GETVAL成功返回获取的信号号
对于GETVAL：返回信号量集ID
失败全部返回-1并置位错误码

3、对信号灯进行PV操作（申请资源和释放资源）
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
功能：完成对信号灯集的相关操作
参数1：信号灯集的id
参数2：执行的操作，是一个结构体，成员如下
unsigned short sem_num; /* 要操作的信号灯的编号 */
short sem_op; 执行的操作：正数表示释放资源，负数表示申请资源
short sem_flg; 是否阻塞：0表示阻塞，IPC_NOWAIT表示非阻塞
参数3：参数2的个数
返回值：成功返回0，失败返回-1并置位错误码

二、将信号量集函数再次封装

1、sem.h

#ifndef SEM_H
#define SEM_H
#include <myhead.h>union semun
{int val;               /* 参数3为 SETVAL使用该成员 */struct semid_ds *buf;  /* 参数3位 IPC_STAT, IPC_SET使用该成员 */unsigned short *array; /* 参数3位 GETALL, SETALL 使用该成员*/struct seminfo *__buf; /* 参数3为 IPC_INFO
使用该成员*/
};// 创建信号灯集并初始化
// 返回值：信号灯集id
// 参数：信号灯集中灯的个数
int sem_create(int semcont);// 执行申请某个信号灯的资源操作（P操作）
// 返回值：成功返回0，失败返回-1
// 参数1：信号灯集id
// 参数2：要操作的信号灯编号
int P(int semid, int semnum);// 执行释放某个信号灯的资源操作（V操作）
// 返回值：成功返回0，失败返回-1
// 参数1：信号灯集id
// 参数2：要操作的信号灯编号
int V(int semid, int semnum);// 删除信号灯集
// 参数：信号灯id号
int sem_del(int semid);#endif

2、sem.c

#include"sem.h"
//定义设置某个信号灯的值的函数
int init_semnum(int semid, int semnum)
{int val = 0;printf("请输入第%d号灯的初始值：", semnum+1);scanf("%d", &val);getchar();//准备共用体变量union semun buf;buf.val = val;     //要传递的数据//调用semctl函数完成对信号灯的值的设置if(semctl(semid, semnum, SETVAL, buf)==-1){perror("semctl error");return -1;}return 0;
}//创建信号灯集并初始化
int sem_create(int semcont)
{//1、创建key值key_t key = ftok("/", 't');if(key == -1){perror("ftok error");return -1;}//2、创建信号量集int semid = semget(key, semcont, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0664);if(semid == -1){//对错误码进行判断if(errno == EEXIST){//说明消息队列已经存在，直接打开即可semid = semget(key, semcont, IPC_CREAT|0664);return semid;}perror("semget error");return -1;}//3、对信号灯进行初始化for(int i=0; i<semcont; i++){init_semnum(semid, i);}//4、返回创建的信号灯集idreturn semid;}//P操作：申请资源
int P(int semid, int semnum)
{//定义操作结构体变量struct sembuf buf;buf.sem_num = semnum;   //要操作的信号灯buf.sem_op = -1;        //表示申请资源，如果semnum灯的资源为0，则阻塞buf.sem_flg = 0;          //表示如果没有资源，则阻塞//调用函数进行申请资源if(semop(semid, &buf, 1) ==-1){perror("P error");return -1;}//成功返回0return 0;
}//V操作：释放资源
int V(int semid, int semnum)
{//定义操作结构体变量struct sembuf buf;buf.sem_num = semnum;   //要操作的信号灯buf.sem_op = 1;        //表示申请资源，如果semnum灯的资源为0，则阻塞buf.sem_flg = 0;          //表示如果没有资源，则阻塞//调用函数进行申请资源if(semop(semid, &buf, 1) ==-1){perror("V error");return -1;}//成功返回0return 0;
}//删除信号灯集
int sem_del(int semid)
{//调用semctl删除信号灯集if(semctl(semid, 1, IPC_RMID) ==-1){perror("delete error");return -1;}printf("信号灯集删除成功\n");return 0;
}

三、使用信号量集完成共享内存的进程同步

1、发送端

#include <myhead.h>
#include <sys/user.h>
#include "sem.h"int main(int argc, char const *argv[])
{//1、创建/打开信号量集int semid = sem_create(2);//2、创建key值用于创建共享内存段key_t key = ftok("/",'t');if (key == -1){perror("ftok error");return -1;}printf("key = %d\n",key);//3、创建一个共享内存的对象int shmid = shmget(key,PAGE_SIZE,IPC_CREAT|0664);if (shmid == -1){perror("shmget error");return -1;}printf("shmid = %d\n",shmid);//4、将共享内存段映射到程序中char *addr = (char *)shmat(shmid,NULL,0);printf("addr = %p\n",addr);//5、向共享内存中写入数据while(1){P(semid,0);printf("输入信息:");fgets(addr,PAGE_SIZE,stdin);addr[strlen(addr)-1] = 0;V(semid,1);if (strcmp(addr,"quit") == 0){printf("退出\n");break;}}//6、取消映射关系if (shmdt(addr) == -1){perror("shmdt error");return -1;}return 0;
}

2、接收端

#include <myhead.h>
#include <sys/user.h>int main(int argc, char const *argv[])
{// 1、创建key值用于创建共享内存段key_t key = ftok("/", 't');if (key == -1){perror("ftok error");return -1;}printf("key = %d\n", key);// 2、创建一个共享内存的对象int shmid = shmget(key, PAGE_SIZE, IPC_CREAT | 0664);if (shmid == -1){perror("shmget error");return -1;}printf("shmid = %d\n", shmid);// 3、将共享内存段映射到程序中char *addr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);printf("addr = %p\n", addr);//4、创建/打开信号量集int semid = sem_create(2);// 5、读出共享内存的数据while(1){P(semid,1);printf("接收到:%s\n",addr);if (strcmp(addr,"quit") == 0){break;}V(semid,0);}// 6、取消映射关系if (shmdt(addr) == -1){perror("shmdt error");return - 1;}// 7、删除共享内存if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1){perror("shmctl error");return -1;}return 0;
}