Linux进程同步之POSIX信号量_每个进程都要初始化信号量吗-程序员宅基地

部分内容来自：http://blog.csdn.net/anonymalias/article/details/9219945

一、概述

POSIX信号量有两种：有名信号量和无名信号量，无名信号量也被称作基于内存的信号量。有名信号量通过IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）名字进行进程间的同步，而无名信号量如果不是放在进程间的共享内存区中，是不能用来进行进程间同步的，只能用来进行线程同步。

POSIX信号量有三种操作：

（1）创建一个信号量。创建的过程还要求初始化信号量的值。根据信号量取值（代表可用资源的数目）的不同，POSIX信号量还可以分为：

  • 二值信号量：信号量的值只有0和1，这和互斥量很类型，若资源被锁住，信号量的值为0，若资源可用，则信号量的值为1；
  • 计数信号量：信号量的值在0到一个大于1的限制值（POSIX指出系统的最大限制值至少要为32767）。该计数表示可用的资源的个数。

（2）等待一个信号量（wait）。该操作会检查信号量的值，如果其值小于或等于0，那就阻塞，直到该值变成大于0，然后等待进程将信号量的值减1，进程获得共享资源的访问权限。这整个操作必须是一个原子操作。该操作还经常被称为P操作（荷兰语Proberen，意为：尝试）。

（3）挂出一个信号量（post）。该操作将信号量的值加1，如果有进程阻塞着等待该信号量，那么其中一个进程将被唤醒。该操作也必须是一个原子操作。该操作还经常被称为V操作（荷兰语Verhogen，意为：增加）

经典的生产者和消费者，


unsigned int put = 1; //可生产数
usingned int get = 0;//可消费数

function product
{
  while(true)
  {
      P(put);  //尝试写
      //写进共享缓冲区
      V(get); //增加可消费数
  }
}
function consume
{
  while(true)
  {
      P(get);  //尝试消费
      //读取共享缓冲区
      V(put); //增加可生产数
  }
}

互斥量，条件变量两者和信号量的差异：

  • 互斥量必须由给它上锁的线程解锁，而信号量是所有已拥有资源的线程都可以挂出操作，且状态由资源数控制。
  • 信号量的挂出操作总是被记住，因为信号量有一个计数值，挂出操作总会将该计数值加1，然而当向条件变量发送一个信号时，如果没有线程等待在条件变量，那么该信号会丢失。条件变量可以同时唤起多个线程，而信号量从每当增加一个资源，只能多唤起一个线程。 
 二、无名信号量

1、操作 
#include<semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); //若出错则返回-1,pshared共享类型0线程共享,1进程共享。value信号灯数初始值
int sem_destroy(sem_t *sem);//成功返回0，失败返回-1
int sem_getvalue(sem_t *sem);//获得资源数

注意：
 1.对于每个信号量,必须保证sem_init()对其只初始化一次。 (因为资源分配了,如果再次初始化为原来的资源数会与实际资源数不一致)
2.使用完每个信号量，必须sem_destroy(),如果还有线程因由于该信号量阻塞，而且已经销毁了该信号量，会有问题。
3.ios不支持创建无名信号量

2、特性

无名信号量的持续性要根据信号量在内存中的位置：

  • 如果无名信号量是在单个进程内部的数据空间中，即信号量只能在进程内部的各个线程间共享，那么信号量是随进程的持续性，当进程终止时它也就消失了。
  • 如果无名信号量位于不同进程的共享内存区，因此只要该共享内存区仍然存在，该信号量就会一直存在。所以此时无名信号量是随内核的持续性。
举例1继承 
<span style="white-space:pre">	</span>sem_t *pSem;
<span style="white-space:pre">	</span>pSem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT, 0666, 5);
<span style="white-space:pre">	</span>//fork后,子线程是父线程的拷贝,因为无名信号在内存所以资源数量拷贝了,比实际的资源数多了。
<span style="white-space:pre">	</span>if(fork() == 0)
<span style="white-space:pre">	</span>{
    <span style="white-space:pre">	</span>//...
    <span style="white-space:pre">	</span>sem_wait(pSem);
    <span style="white-space:pre">	</span>//...
<span style="white-space:pre">	</span>}

举例2销毁

对于有名信号量，当某个持有该信号量的进程没有解锁该信号量就终止了，内核并不会将该信号量解锁。这跟记录锁不一样。

对于无名信号量，如果信号量位于进程内部的内存空间中，当进程终止后，信号量也就不存在了，无所谓解锁了。如果信号量位于进程间的共享内存区中，当进程终止后，内核也不会将该信号量解锁。

  三、有名信号量
1、创建
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,mode_t mode, unsigned int value);//成功返回信号量指针，失败返回SEM_FAILED

sem_open用于创建或打开一个信号量，信号量是通过name参数即信号量的名字来进行标识的。关于POSX IPC的名字可以参考http://book.51cto.com/art/201006/207288.htm。

oflag参数可以为：0，O_CREAT，O_EXCL。如果为0表示打开一个已存在的信号量，如果为O_CREAT，表示如果信号量不存在就创建一个信号量，如果存在则打开被返回。此时mode和value需要指定。如果为O_CREAT | O_EXCL，表示如果信号量已存在会返回错误。

mode参数用于创建信号量时，表示信号量的权限位，和open函数一样包括：S_IRUSR(创建者有读权限)，S_IWUSR(创建者有写权限)，S_IRGRP(文件群组有读权限)，S_IWGRP(文件群组有写权限)，S_IROTH(其他用户读权限)，S_IWOTH(其他用户写权限)。

value表示创建信号量时，信号量的初始值。

2、关闭

int sem_close(sem_t *sem);
int sem_unlink(const char *name); //成功返回0，失败返回-1


sem_close用于关闭打开的信号量。当一个进程终止时，内核对其上仍然打开的所有有名信号量自动执行这个操作。调用sem_close关闭信号量并没有把它从系统中删除它，POSIX有名信号量是随内核持续的。即使当前没有进程打开某个信号量它的值依然保持。直到内核重新自举或调用sem_unlink()删除该信号量。

sem_unlink，减少信号量的引用次数，当引用次数为0时，name所指向的信号灯从文件系统中删除。

3、信号量P操作

int sem_wait (sem_t *sem);
int sem_trywait (sem_t * sem);//非阻塞，成功返回0，失败返回-1

int sem_getvalue(sem_t *sem,  int *sval);//成功返回0，失败返回-1 //saval用于获得信号量的数值，

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

sem_wait()用于获取信号量，首先会测试指定信号量的值，如果大于0，就会将它减1并立即返回，如果等于0，那么调用线程会进入睡眠，指定信号量的值大于0.

sem_trywait和sem_wait的差别是，当信号量的值等于0的，调用线程不会阻塞，直接返回，并标识EAGAIN错误。

sem_timedwait和sem_wait的差别是当信号量的值等于0时，调用线程会限时等待。当等待时间到后，信号量的值还是0，那么就会返回错误。其中 struct timespec *abs_timeout是一个绝对时间，具体可以参考条件变量关于等待时间的使用

4、信号量V操作

int sem_post(sem_t *sem); //成功返回0，失败返回-1

当一个线程使用完某个信号量后，调用sem_post，使该信号量的值加1，如果有等待的线程，那么会唤醒等待的一个线程。

5、注意

Posix有名信号灯的值随内核持续，一个进程创建了一个信号等，这个进程结束后，这个信号等还在，信号灯的值不会改变。当持有某个信号锁的进程没有释放而终止时，内核不会给该信号灯解锁。
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