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Linux中的信号量

news 来源：原创 2025/8/6 15:07:48

信号量概念

定义

操作

类型

应用

信号量封装

一、创建信号量

头文件

函数原型

参数说明

返回值

示例

二、设置信号量初始值

头文件

函数原型

参数解释

返回值

示例

三、信号量的P操作

头文件

函数原型

参数解释

返回值

示例

四、信号量的V操作

示例

信号量概念

定义

        信号量是一种用于多进程 / 线程同步的整数变量，用于控制对共享资源的访问。凡是遇到内存操作就可以实现加锁。

操作

        P 操作：信号量值减 1，若值小于 0 则进程阻塞，否则继续执行。

        V 操作：信号量值加 1，若有进程阻塞则唤醒一个。

类型

        二进制信号量：值为 0 或 1，用于互斥访问。

        计数信号量：值为非负整数，控制多资源访问。

应用

        互斥访问：确保同一时间只有一个进程 / 线程访问共享资源。

        资源管理：控制对多个相同资源的并发访问。

        进程同步：保证进程或线程按顺序执行。

信号量封装

1、创建/获取信号量

2、设置初始值，一般为1

3、P操作

4、V操作

一、创建信号量

semctl 是一个在 Unix 和类 Unix 系统中用于控制信号量集的系统调用函数。

头文件

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

函数原型

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

参数说明

        key：唯一标识。

        nsems：要创建的信号量集中信号量的数量。

semflg：标志位，用于指定创建信号量集的权限和其他选项。它可以是以下值的组合：

                IPC_CREAT：如果信号量集不存在，则创建它。

                IPC_EXCL：与 IPC_CREAT 一起使用，如果信号量集已经存在，则返回错误。

权限标志（如 0666）：指定信号量集的访问权限。

返回值

成功时，返回一个非负整数，即信号量集的标识符（semaphore identifier），后续的信号量操作将使用这个标识符。

失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。

示例

int sem_create(key_t key, int num_sems)
{int res = 0;res = semget(key, num_sems, IPC_CREAT | 0666);if (res < 0){perror("semget error");}return res;
}

二、设置信号量初始值

semctl 是类 Unix 系统中用于控制信号量集的一个系统调用，借助它能够对信号量集进行多种操作，例如设置信号量的值、获取信号量的值、删除信号量集等。

头文件

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

函数原型

int semctl(int semid, int semindex, int cmd, ...);

参数解释

        semid：信号量集的标识符，由 semget 函数返回，用于指定要操作的信号量集。

        semindex：为第几个信号量设置值。

        cmd：要执行的命令，常见的命令如下：

                SETVAL：把单个信号量的值设置为传入的参数值。

                GETVAL：获取单个信号量的值。

                SETALL：设置信号量集中所有信号量的值。

                GETALL：获取信号量集中所有信号量的值。

  IPC_RMID：删除信号量集。

        ...：这是可选参数，依据 cmd 的不同而有所不同。在使用 SETVAL 或 SETALL 时，需要传入对应的参数值。通常使用 union semun 类型的变量来传递该参数，union semun 的定义如下：
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) */
};

返回值

成功时，依据 cmd 的不同返回不同的值。例如，GETVAL 命令返回信号量的值，IPC_RMID 命令成功时返回 0。

失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。

示例

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) */
};int sem_setval(int semid, int semindex, int val)
{union semun arg;arg.val = val;int res = semctl(semid, semindex, SETVAL, arg);if (res < 0){perror("semctl error");}return res;
}

三、信号量的P操作

semop 是类 Unix 系统中用于对信号量集进行操作的系统调用，它允许进程原子性地对一个或多个信号量进行改变，常用于实现进程间的同步和互斥。

头文件

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

函数原型

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

参数解释

semid：信号量集的标识符，由 semget 函数返回，用于指定要操作的信号量集。

sops：一个指向 struct sembuf 类型数组的指针，struct sembuf 结构体定义了对信号量的具体操作，其结构如下：
struct sembuf 
{unsigned short sem_num;  // 信号量集中信号量的编号，从 0 开始short          sem_op;   // 对信号量的操作值short          sem_flg;  // 操作标志
};
        sem_num：指定要操作的信号量在信号量集中的编号。

        sem_op：表示对信号量的操作值，有以下几种情况：

                若 sem_op 为正数，则表示释放相应数量的资源，信号量的值会增加 sem_op。

                若 sem_op 为负数，则表示请求相应数量的资源，信号量的值会减少 sem_op。若信号量当前值小于 |sem_op|，则进程可能会阻塞，具体取决于 sem_flg。

                若 sem_op 为 0，则表示等待信号量的值变为 0。

        sem_flg：操作标志，常用的标志有：

                IPC_NOWAIT：若操作不能立即执行，则不阻塞，直接返回错误。

                SEM_UNDO：当进程终止时，系统会自动撤销该进程对信号量的操作。

        nsops：sops 数组中元素的个数，即要执行的操作数量。

返回值

成功时，返回 0。

失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。

示例

// 3、信号量的P操作
int sem_p(int semid, int semindex)
{int res = 0;struct sembuf buf = { semindex,-1,SEM_UNDO };res = semop(semid, &buf, 1);if (res < 0){perror("sem_p error");}return res;
}

四、信号量的V操作

v操作唯一的变化就是从-1变成+1

示例

// 4、信号量的V操作
int sem_v(int semid, int semindex)
{int res = 0;struct sembuf buf = { semindex,1,SEM_UNDO };res = semop(semid, &buf, 1);if (res < 0){perror("sem_p error");}return res;
}

Linux中的信号量

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信号量概念

定义

操作

类型

应用

信号量封装

一、创建信号量

头文件

函数原型

参数说明

返回值

示例

二、设置信号量初始值

头文件

函数原型

参数解释

返回值

示例

三、信号量的P操作

头文件

函数原型

参数解释

返回值

示例

四、信号量的V操作

示例

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