linux------信号量的使用

信号量的使用主要是用来保护共享资源，使得资源在一个时刻只有一个进程（线程）所拥有。（1）信号量的值为正的时候，说明它空闲。所测试的线程可以锁定而使用它。（2）若为0，说明它被占用，测试的线程要进入睡眠队列中，等待被唤醒。

二．信号量的分类
在学习信号量之前，我们必须先知道——Linux提供两种信号量：
（1）内核信号量，由内核控制路径使用（驱动开发中使用）
（2）用户态进程使用的信号量，这种信号量又分为POSIX信号量和SYSTEM V信号量。
POSIX信号量又分为有名信号量和无名信号量。
（1）有名信号量，其值保存在文件中, 所以它可以用于线程也可以用于进程间的同步。（2）无名信号量，其值保存在内存中。

三、POSIX 信号量与SYSTEM V信号量的比较
1. 对POSIX来说，信号量是个非负整数。常用于线程间同步。
而SYSTEM V信号量则是一个或多个信号量的集合，它对应的是一个信号量结构体，这个结构体是为SYSTEM V IPC服务的，信号量只不过是它的一部分。常用于进程间同步。
2．POSIX信号量的引用头文件是“<semaphore.h>”，而SYSTEM V信号量的引用头文件是“<sys/sem.h>”，它通常依赖于另两个头文件：

1. #include <sys/types.h>  
2. #include <sys/ipc.h>

四、信号量函数定义如下：

1、创建信号量集合come from /usr/include/sys/sem.h

函数原型：int semget(key_t key,int nsems,int semflg);

参数解释：

       key：所创建或打开信号量集的键值。需要是唯一的非零整数。
　　nsems：创建的信号量集中的信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效。几乎总是取值为1.
　　flag：调用函数的操作类型，也可用于设置信号量集的访问权限，两者通过or表示

2、控制信号量集合、信号量come from /usr/include/sys/sem.h

函数原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun)

参数解释：

sem_id是由semget返回的信号量标识符。

sem_num：表示集合中信号量的编号。

cmd：表示对信号量的操作。（1）对信号量集的操作（2）对单个信号量的操作

       semun联合结构的定义：

1. semun是在linux/sem.h中定义的：  
2. 　　/*arg for semctl systemcalls.*/  
3. 　　union semun{  
4. 　　int val;/*value for SETVAL*/  
5. 　　struct semid_ds *buf;/*buffer for IPC_STAT&IPC_SET*/  
6. 　　ushort *array;/*array for GETALL&SETALL*/  
7. 　　struct seminfo *__buf;/*buffer for IPC_INFO*/  
8. 　　void *__pad;   

    函数原型：int semop( int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops )

参数解释：

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：

1. struct sembuf{  
2. 　　unsigned short sem_num;  
3. 　　short sem_op;  
4. 　　short sem_flg;  
5. 　　} 

sem_num是操作的信号量编号

sem_op是信号量的操作，值是一个整数，通常只会用到两个值：1----P操作，-1---V操作。

sem_flg说明函数semop的行为。通常被设置为SEM_UNDO。

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

static int semaphore_p(void);
static int semaphore_v(void);
static int set_semvalue(void);
static int get_semvalue(void);

union semun 
{
        int val;                   			/* value for SETVAL */
        struct semid_ds *buf;       		/* buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
        unsigned short int *array;  		/* array for GETALL, SETALL */
        struct seminfo *__buf;      		/* buffer for IPC_INFO */
};

int sem_id;
int main(int argc,char *argv)
{
	pid_t pid;
	int i;
	int value;
    key_t key;
	int status;
	if((pid=fork())==-1)
	{
		perror("fork");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	else if(pid==0)
	{	
		if((sem_id=semget((key_t)123456,1,IPC_CREAT|0770))==-1)
		{
			perror("semget");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		if (!set_semvalue()) 
		{
			fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		
			value=get_semvalue();
			printf("this is child,the current value is %d\n",value);
			if(!semaphore_v())
			{
				fprintf(stderr, "Failed to v operator\n");
				exit(EXIT_FAILURE);
			}
			value=get_semvalue();
			printf("the child %d V operator,value=%d\n",i,value);
		
		printf("child exit success\n");
		exit(EXIT_SUCCESS);	
	}
	else	//parent
	{
		sleep(3);
		if((sem_id=semget((key_t)123456,1,IPC_CREAT|0770))==-1)
		{
			perror("semget");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}

			value=get_semvalue();
			printf("this is parent ,the current value is %d\n",value);
		printf("the parent will remove the sem\n");
		if(semctl(sem_id,0, IPC_RMID,(struct msquid_ds*)0)==-1)
		{
			perror("semctl");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		return 0;
	}
}

static int set_semvalue(void)
{
    union semun sem_union;
	int value;
    sem_union.val = 5;
    if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return(0);
    printf("set value success,");
	printf("init value is %d\n",get_semvalue());
	return(1);
}

static int get_semvalue(void)
{
		int res;
		if((res=semctl(sem_id, 0, GETVAL)) == -1) 
    	{
    		perror("semctl");
			exit(EXIT_FAILURE);
    	}
		return res;
}
    
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;
    	sem_b.sem_flg=0;
	if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) 
    	{
    		perror("semop");
		return(0);
    	}
    return(1);
}