多进程编程- POSIX命名信号量（named semaphore）

news2024/11/25 12:22:48

POSIX命名信号量是POSIX标准下的一个进程间同步原语，允许多个进程共享同一个信号量，从而实现进程间的同步和通信。这与无名信号量不同，无名信号量主要用于线程之间的同步，而不是进程之间。

命名信号量是“命名”的，因为它们使用特定的名称，这使得不同的进程可以打开并使用相同的信号量。

以下是关于POSIX命名信号量的一些关键点和功能：

创建/打开: 使用sem_open函数来创建或打开一个已存在的命名信号量。
关闭: 使用sem_close来关闭一个信号量的引用。这并不会删除该信号量，只是关闭当前进程对其的引用。
删除: 使用sem_unlink来删除一个命名信号量。它会将信号量标记为删除状态，并在所有进程都关闭了对它的引用后真正删除它。
增加: sem_post可以用于增加信号量的值。
减少: sem_wait和sem_trywait可以用于减少信号量的值。如果信号量的值为0，sem_wait会阻塞，而sem_trywait会立即返回一个错误。
查询: 使用sem_getvalue可以查询信号量的当前值。
持久性: 命名信号量在系统中是持久的，即使没有进程引用它，它仍然存在，直到使用sem_unlink显式删除。
位置: 命名信号量通常在/dev/shm或/run/shm中作为一个文件出现（取决于系统），尽管它们不是真正的文件，但这为诊断和调试提供了便利。

使用场景：

POSIX命名信号量在需要进程间同步或通信的场景中很有用，例如：

一个进程生成数据，而另一个进程消费这些数据。信号量可以用来同步这两个进程，确保数据在被消费之前已经被生成。
限制对共享资源的并发访问，例如一个配置文件或共享数据库。

使用POSIX命名信号量时，应注意避免死锁，并确保在所有情况下都正确地释放已获取的信号量。

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>
#define SEM_NAME "namedsem"  // Defines the name of the semaphore

int main()
{
    sem_t *p_sem = NULL;
    // Create a semaphore
    p_sem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT|O_EXCL, 0666, 0);
    sem_wait(p_sem);        // Wait the sempahore
    sem_unlink(SEM_NAME);   // Delete the semaphore
    return 0;
}

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>
#define SEM_NAME "namedsem"

int main() {
    sem_t *p_sem = NULL;
    p_sem = sem_open(SEM_NAME, O_RDWR); // Open the semaphore
    sem_post(p_sem);                    // Release semaphore
    return 0;
}

在这里插入图片描述

以上两个程序，它们分别展示了如何使用POSIX命名信号量（named semaphore）。

第一个程序: 创建并等待信号量
- 定义了一个命名信号量的名称namedsem。
- 使用sem_open函数，结合O_CREAT|O_EXCL标志，尝试创建并打开一个新的命名信号量。如果该信号量已经存在，调用会失败。
- 设置的信号量初始值为0，这意味着信号量在创建后不可用。
- 然后，程序调用sem_wait，尝试获取这个信号量。因为信号量的初始值为0，所以该调用会阻塞，直到有其他进程或线程使用sem_post释放信号量。
- 最后，它调用sem_unlink来删除命名信号量。但请注意，只有在所有进程都关闭了该信号量的引用后，信号量才会被真正删除。
第二个程序: 打开并释放信号量
- 使用相同的命名信号量名称namedsem。
- 使用sem_open函数，结合O_RDWR标志，尝试打开一个已存在的命名信号量。这里不再创建新的信号量，而是打开一个现有的信号量。
- 然后，调用sem_post来释放这个信号量。这实际上会增加信号量的计数值。如果第一个程序在sem_wait中等待，它现在可以获取信号量并继续执行。