描述
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以一个停车场的运作为例。简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆直接进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入外面的一辆进去，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。
在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。
分类
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整型信号量（integer semaphore)：信号量是整数
记录型信号量（record semaphore)：每个信号量s除一个整数值s.value（计数）外，还有一个进程等待队列s.L，其中是阻塞在该信号量的各个进程的标识
二进制信号量(binary semaphore)：只允许信号量取0或1值
每个信号量至少须记录两个信息：信号量的值和等待该信号量的进程队列。它的类型定义如下：（用类PASCAL语言表述）
semaphore = record
value: integer
queue: ^PCB
end
其中PCB是进程控制块，是操作系统为每个进程建立的数据结构。
s.value>=0时，s.queue为空；
s.value<0时，s.value的绝对值为s.queue中等待进程的个数；
特性
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抽象的来讲，信号量的特性如下：信号量是一个非负整数（车位数），所有通过它的线程/进程（车辆）都会将该整数减一（通过它当然是为了使用资源），当该整数值为零时，所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作： Wait（等待） 和 Release（释放）。当一个线程调用Wait操作时，它要么得到资源然后将信号量减一，要么一直等下去（指放入阻塞队列），直到信号量大于等于一时。Release（释放）实际上是在信号量上执行加操作，对应于车辆离开停车场，该操作之所以叫做“释放”是因为释放了由信号量守护的资源。
操作方式
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对信号量有4种操作(include<semaphore>)：
1. 初始化（initialize），也叫做建立（create） int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
2. 等信号（wait），也可叫做挂起（suspend）int sem_wait(sem_t *sem)
3. 给信号（signal）或发信号（post） int sem_post（sem_t *sem）
4.清理（destroy） int sem_destory(sem_t *sem)[1]
创建
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同共享内存一样，系统中同样需要为信号量集定制一系列专有的操作函数（semget，semctl等）。系统命令ipcs可查看当前的系统IPC的状态，在命令后使用-s参数。使用函数semget可以创建或者获得一个信号量集ID，函数原型如下：
#include <sys/shm.h>
int semget( key_t key, int nsems, int flag)
函数中参数key用来变换成一个标识符，每一个IPC对象与一个key相对应。当新建一个共享内存段时，使用参数flag的相应权限位对ipc_perm结构中的mode域赋值，对相应信号量集的shmid_ds初始化的值如表1所示。
shmid_ds结构初始化值表
ipc_perm结构数据
初 值
ipc_perm结构数据
初 值
Sem_otime
0
Sem_nsems
Nsems
Sem_ctime
系统当前值
参数nsems是一个大于等于0的值，用于指明该信号量集中可用资源数（在创建一个信号量时）。当打开一个已存在的信号量集时该参数值为0。函数执行成功，则返回信号量集的标识符（一个大于等于0的整数），失败，则返回–1。函数semop用以操作一个信号量集，函数原型如下：
#include <sys/sem.h>
int semop( int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops )
函数中参数semid是一个通过semget函数返回的一个信号量标识符，参数nops标明了参数semoparray所指向数组中的元素个数。参数semoparray是一个struct sembuf结构类型的数组指针，结构sembuf来说明所要执行的操作，其定义如下：
struct sembuf{
unsigned short sem_num
short sem_op
short sem_flg
}
在sembuf结构中，sem_num是相对应的信号量集中的某一个资源，所以其值是一个从0到相应的信号量集的资源总数（ipc_perm.sem_nsems）之间的整数。sem_op指明所要执行的操作，sem_flg说明函数semop的行为。sem_op的值是一个整数，如表2所示，列出了详细sem_op的值及所对应的操作。
sem_op值详解
Sem_op
操 作
正数
释放相应的资源数，将sem_op的值加到信号量的值上
0
进程阻塞直到信号量的相应值为0，当信号量已经为0，函数立即返回。如果信号量的值不为0，则依据sem_flg的IPC_NOWAIT位决定函数动作。sem_flg指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生。信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；此信号量被删除（只有超级用户或创建用户进程拥有此权限），函数smeop出错返回EIDRM；进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
负数
请求sem_op的绝对值的资源。如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与sem_flg有关。sem_flg指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：当相应的资源数可以满足请求，该信号的值减去sem_op的绝对值。成功返回；此信号量被删除（只有超级用户或创建用户进程拥有此权限），函数smeop出错返回EIDRM：进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
基本流程
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下面实例演示了关于信号量操作的基本流程。程序中使用semget函数创建一个信号量集，并使用semop函数在这个信号集上执行了一次资源释放操作。并在shell中使用命令查看系统IPC的状态。
（1）在vi编辑器中编辑该程序。
程序清单14-10 create_sem.c 使用semget函数创建一个信号量
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main( void )
{
int sem_id
int nsems = 1
int flags = 0666
struct sembuf buf
sem_id = semget(IPC_PRIVATE, nsems, flags)/*创建一个新的信号量集*/
if ( sem_id <0 ){
perror( "semget ")
exit (1 )
}
/*输出相应的信号量集标识符*/
printf ( "successfully created a semaphore : %d\n", sem_id )
buf.sem_num = 0/*定义一个信号量操作*/
buf.sem_op = 1/*执行释放资源操作*/
buf.sem_flg = IPC_NOWAIT/*定义semop函数的行为*/
if ( (semop( sem_id, &buf, nsems) ) <0) { /*执行操作*/
perror ( "semop")
exit (1 )
}
system ( "ipcs -s " )/*查看系统IPC状态*/
exit ( 0 )
}
（2）在vmware中编译该程序如下：
gcc -o a.o testc_semaphore.c
（3）在shell中运行该程序如下：
./a3.o
successfully created a semaphore : 0
------ Semaphore Arrays --------
key semid owner perms nsems
0x00000000 0 zcr 666 1
在上面程序中，用semget函数创建了一个信号量集，定义信号量集的资源数为1，接下来使用semop函数进行资源释放操作。在程序的最后使用shell命令ipcs来查看系统IPC的状态。
%注意：命令ipcs参数-s标识查看系统IPC的信号量集状态。
希望能帮到你，满意望采纳哦。
linux中的进程通信分为三个部分：低级通信，管道通信和进程间通信IPC（inter process communication）。linux的低级通信主要用来传递进程的控制信号——文件锁和软中断信号机制。linux的进程间通信IPC有三个部分——①信号量，②共享内存和③消息队列。以下是我编写的linux进程通信的C语言实现代码。操作系统为redhat9.0，编辑器为vi，编译器采用gcc。下面所有实现代码均已经通过测试，运行无误。一.低级通信--信号通信
signal.c
#include
#include
#include
/*捕捉到信号sig之后，执行预先预定的动作函数*/
void sig_alarm(int sig)
{
printf("---the signal received is %d. /n", sig)
signal(SIGINT, SIG_DFL)//SIGINT终端中断信号，SIG_DFL：恢复默认行为，SIN_IGN：忽略信号
}
int main()
{
signal(SIGINT, sig_alarm)//捕捉终端中断信号
while(1)
{
printf("waiting here!/n")
sleep(1)
}
return 0
}
二.管道通信
pipe.c
#include
#define BUFFER_SIZE 30
int main()
{
int x
int fd[2]
char buf[BUFFER_SIZE]
char s[BUFFER_SIZE]
pipe(fd)//创建管道
while((x=fork())==-1)//创建管道失败时，进入循环
/*进入子进程，子进程向管道中写入一个字符串*/
if(x==0)
{
sprintf(buf,"This is an example of pipe!/n")
write(fd[1],buf,BUFFER_SIZE)
exit(0)
}
/*进入父进程，父进程从管道的另一端读出刚才写入的字符串*/
else
{
wait(0)//等待子进程结束
read(fd[0],s,BUFFER_SIZE)//读出字符串，并将其储存在char s[]中
printf("%s",s)//打印字符串
}
return 0
}
三.进程间通信——IPC
①信号量通信
sem.c
#include
#include
#include
#include types.h>
#include ipc.h>
#include sem.h>
/*联合体变量*/
union semun
{
int val//信号量初始值
struct semid_ds *buf
unsigned short int *array
struct seminfo *__buf
}
/*函数声明，信号量定义*/
static int set_semvalue(void)//设置信号量
static void del_semvalue(void)//删除信号量
static int semaphore_p(void)//执行P操作
static int semaphore_v(void)//执行V操作
static int sem_id//信号量标识符
int main(int argc, char *argv[])
{
int i
int pause_time
char op_char = 'O'
srand((unsigned int)getpid())
sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT)//创建一个信号量,IPC_CREAT表示创建一个新的信号量
/*如果有参数，设置信号量，修改字符*/
if (argc >1)
{
if (!set_semvalue())
{
fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
op_char = 'X'
sleep(5)
}
for(i = 0i <10i++)
{
/*执行P操作*/
if (!semaphore_p())
exit(EXIT_FAILURE)
printf("%c", op_char)
fflush(stdout)
pause_time = rand() % 3
sleep(pause_time)
printf("%c", op_char)
fflush(stdout)
/*执行V操作*/
if (!semaphore_v())
exit(EXIT_FAILURE)
pause_time = rand() % 2
sleep(pause_time)
}
printf("/n%d - finished/n", getpid())
if (argc >1)
{
sleep(10)
del_semvalue()//删除信号量
}
exit(EXIT_SUCCESS)
}
/*设置信号量*/
static int set_semvalue(void)
{
union semun sem_union
sem_union.val = 1
if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1)
return(0)
return(1)
}
/*删除信号量*/
static void del_semvalue(void)
{
union semun sem_union
if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore/n")
}
/*执行P操作*/
static int semaphore_p(void)
{
struct sembuf sem_b
sem_b.sem_num = 0
sem_b.sem_op = -1/* P() */
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
{
fprintf(stderr, "semaphore_p failed/n")
return(0)
}
return(1)
}
/*执行V操作*/
static int semaphore_v(void)
{
struct sembuf sem_b
sem_b.sem_num = 0
sem_b.sem_op = 1/* V() */
sem_b.sem_flg = SEM_UNDO
if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
{
fprintf(stderr, "semaphore_v failed/n")
return(0)
}
return(1)
}
②消息队列通信
send.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include types.h>
#include ipc.h>
#include msg.h>
#define MAX_TEXT 512
/*用于消息收发的结构体--my_msg_type：消息类型，some_text：消息正文*/
struct my_msg_st
{
long int my_msg_type
char some_text[MAX_TEXT]
}
int main()
{
int running = 1//程序运行标识符
struct my_msg_st some_data
int msgid//消息队列标识符
char buffer[BUFSIZ]
/*创建与接受者相同的消息队列*/
msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT)
if (msgid == -1)
{
fprintf(stderr, "msgget failed with error: %d/n", errno)
exit(EXIT_FAILURE)
}
/*向消息队列中发送消息*/
while(running)
{
printf("Enter some text: ")
fgets(buffer, BUFSIZ, stdin)
some_data.my_msg_type = 1
strcpy(some_data.some_text, buffer)
if (msgsnd(msgid, (void *)&some_data, MAX_TEXT, 0) == -1)
{
fprintf(stderr, "msgsnd failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
if (strncmp(buffer, "end", 3) == 0)
{
running = 0
}
}
exit(EXIT_SUCCESS)
}
receive.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include types.h>
#include ipc.h>
#include msg.h>
/*用于消息收发的结构体--my_msg_type：消息类型，some_text：消息正文*/
struct my_msg_st
{
long int my_msg_type
char some_text[BUFSIZ]
}
int main()
{
int running = 1//程序运行标识符
int msgid//消息队列标识符
struct my_msg_st some_data
long int msg_to_receive = 0//接收消息的类型--0表示msgid队列上的第一个消息
/*创建消息队列*/
msgid = msgget((key_t)1234, 0666 | IPC_CREAT)
if (msgid == -1)
{
fprintf(stderr, "msgget failed with error: %d/n", errno)
exit(EXIT_FAILURE)
}
/*接收消息*/
while(running)
{
if (msgrcv(msgid, (void *)&some_data, BUFSIZ,msg_to_receive, 0) == -1)
{
fprintf(stderr, "msgrcv failed with error: %d/n", errno)
exit(EXIT_FAILURE)
}
printf("You wrote: %s", some_data.some_text)
if (strncmp(some_data.some_text, "end", 3) == 0)
{
running = 0
}
}
/*删除消息队列*/
if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1)
{
fprintf(stderr, "msgctl(IPC_RMID) failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
exit(EXIT_SUCCESS)
}
③共享内存通信
share.h
#define TEXT_SZ 2048 //申请共享内存大小
struct shared_use_st
{
int written_by_you//written_by_you为1时表示有数据写入，为0时表示数据已经被消费者提走
char some_text[TEXT_SZ]
}
producer.c
#include
#include
#include
#include
#include types.h>
#include ipc.h>
#include shm.h>
#include "share.h"
int main()
{
int running = 1//程序运行标志位
void *shared_memory = (void *)0
struct shared_use_st *shared_stuff
char buffer[BUFSIZ]
int shmid//共享内存标识符
/*创建共享内存*/
shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666 | IPC_CREAT)
if (shmid == -1)
{
fprintf(stderr, "shmget failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
/*将共享内存连接到一个进程的地址空间中*/
shared_memory = shmat(shmid, (void *)0, 0)//指向共享内存第一个字节的指针
if (shared_memory == (void *)-1)
{
fprintf(stderr, "shmat failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
printf("Memory attached at %X/n", (int)shared_memory)
shared_stuff = (struct shared_use_st *)shared_memory
/*生产者写入数据*/
while(running)
{
while(shared_stuff->written_by_you == 1)
{
sleep(1)
printf("waiting for client.../n")
}
printf("Enter some text: ")
fgets(buffer, BUFSIZ, stdin)
strncpy(shared_stuff->some_text, buffer, TEXT_SZ)
shared_stuff->written_by_you = 1
if (strncmp(buffer, "end", 3) == 0)
{
running = 0
}
}
/*该函数用来将共享内存从当前进程中分离,仅使得当前进程不再能使用该共享内存*/
if (shmdt(shared_memory) == -1)
{
fprintf(stderr, "shmdt failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
printf("producer exit./n")
exit(EXIT_SUCCESS)
}
customer.c
#include
#include
#include
#include
#include types.h>
#include ipc.h>
#include shm.h>
#include "share.h"
int main()
{
int running = 1//程序运行标志位
void *shared_memory = (void *)0
struct shared_use_st *shared_stuff
int shmid//共享内存标识符
srand((unsigned int)getpid())
/*创建共享内存*/
shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct shared_use_st), 0666 | IPC_CREAT)
if (shmid == -1)
{
fprintf(stderr, "shmget failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
/*将共享内存连接到一个进程的地址空间中*/
shared_memory = shmat(shmid, (void *)0, 0)//指向共享内存第一个字节的指针
if (shared_memory == (void *)-1)
{
fprintf(stderr, "shmat failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
printf("Memory attached at %X/n", (int)shared_memory)
shared_stuff = (struct shared_use_st *)shared_memory
shared_stuff->written_by_you = 0
/*消费者读取数据*/
while(running)
{
if (shared_stuff->written_by_you)
{
printf("You wrote: %s", shared_stuff->some_text)
sleep( rand() % 4 )
shared_stuff->written_by_you = 0
if (strncmp(shared_stuff->some_text, "end", 3) == 0)
{
running = 0
}
}
}
/*该函数用来将共享内存从当前进程中分离,仅使得当前进程不再能使用该共享内存*/
if (shmdt(shared_memory) == -1)
{
fprintf(stderr, "shmdt failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
/*将共享内存删除,所有进程均不能再访问该共享内存*/
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1)
{
fprintf(stderr, "shmctl(IPC_RMID) failed/n")
exit(EXIT_FAILURE)
}
exit(EXIT_SUCCESS)
}
摘自：
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