信号量的创建

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

1、信号量的定义:信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多钱程环境下使用的一种设施,它负责协调各个线程,以保证它们能够正确、合理的使用公共资源Semaphore分为单值和多值两种，前者只能被一个线程获得，后者可以被若干个线程获得。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。其它想进入该关键代码段的线程必须等待直到第个线程释放信号量。为了完成这个过程，需要创建一个信号量VI，然后将Acquire Semaphore VI以及Release SemaphoreV分别放置在每个关键代码段的首未端。确认这些信号量VI引用的是初始创建的信号量。

PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程)。对信号量进行操作，具体定义如下：P（S）：①将信号量S的值减1，即S

=

S

-

1；

②如果s

>=

0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。

V（S）：①将信号量S的值加1，即S

=

S

+

1；

②如果S

>

0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。

PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。

信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。

一般来说，信号量S

>=

0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；若S

<=

0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。也就是说，有一个未被占用的资源就可以让一个阻塞的进程执行，

而不是S为正是才可以执行。具体系统上的实现怎么使用，可以参考《unix网络编程卷二：进程间通信》。

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