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linux信号量与PV操作知识点总结

news 2025/6/30 4:56:09

信号量
信号量(semaphore) 与已经介绍过的 IPC 结构不同，它是一个计数器，信号量用于实现进程间的与斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
1、特点
（1）信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存
（2）信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原了操作。
（3）每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数
（4）支持信号量组
2、原型
最简单的信号量是只能取 0和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore) 。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。
Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

头文件：

1 #include <sys/sem.h>
2 // 创建或获取一个信号量组: 若成功返回信号量集ID，失败返回-1

3 int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

4 // 对信号量组进行操作，改变信号量的值: 成功返回0，失败返回-1

5 int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
6 // 控制信号量的相关信息
7 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

PV操作（P可看作拿锁，V看作放回锁）

PV操作的含义：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。
利用信号量和PV操作实现进程互斥的一般模型是：

进程P1 进程P2 …… 进程Pn
…… …… ……
P（S）； P（S）； P（S）；
临界区；临界区；临界区；
V（S）； V（S）； V（S）；
…… …… …… ……

使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是：

（1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。
（2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。
（3）互斥信号量的初值一般为1。

临界资源（临界区）

多道程序系统中存在许多进程，它们共享各和资源，然而有很多资源一次只能供一个进程使用。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备都属于临界资源，如输入机、打印机、磁带机等。

示例：fork一个进程不知道父进程还是子进程先运行（都有可能），那么我们可以通过信号量与PV操作来控制让子进程先运行

编译结果：

（代码可复制）：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
//int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
//int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
//int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
};

void pGetKey(int id)
{
struct sembuf set;

   set.sem_num = 0;
   set.sem_op = -1;
   set.sem_flg=SEM_UNDO;

semop(id, &set ,1);
printf("getkey\n");
}

void vPutBackKey(int id)
{
struct sembuf set;

   set.sem_num = 0;
   set.sem_op = 1;
   set.sem_flg=SEM_UNDO;

semop(id, &set ,1);
printf("put back the key\n");
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
key_t key;
int semid;

key = ftok(".",2);
//信号量集合中有一个信号量
semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666);//获取/创建信号量

   union semun initsem;
   initsem.val = 0;
//操作第0个信号量
   semctl(semid, 0, SETVAL, initsem);//初始化信号量
//SETVAL设置信号量的值，设置为inisem


int pid = fork();
if(pid > 0){
   //去拿锁
   pGetKey(semid);
   printf("this is father\n");
   vPutBackKey(semid);
   //锁放回去
   semctl(semid,0,IPC_RMID);
}
else if(pid == 0){
   printf("this is child\n");
   vPutBackKey(semid);
}else{