一、什么是信号量组
信号量组是信号量的一种， 是system-V三种IPC对象之一，是进程间通信的一种方式。
二、信号量组的特性
信号量组不是用来传输数据的，而是作为“旗语”，用来协调各进程或者线程工作的。信号量组可以一次性在其内部设置多个信号量，而信号量本质上是一个数字，用来表征一种资源的数量，当多个进程或者线程争夺这些稀缺资源的时候，信号量用来保证他们合理地，秩序地使用这些资源，而不会陷入逻辑谬误之中。
三、信号量组的使用场景
1、生产者-消费者模式
2、进程间同步
3、进程间通信
四、函数API接口
1、创建或者打开SEM对象
// 创建或打开SEM对象 int semget(key_t key, int nsems, int semflg); // 接口说明： 参数key：SEM对象键值 参数nsems：信号量组内的信号量元素个数 参数semflg：创建选项 IPC_CREAT：如果该key对应的信号量不存在，则创建 IPC_EXCL：如果该key对应的信号量已存在，则报错 mode：信号量的访问权限 创建信号量时，还受到以下系统信息的影响： 1、SEMMNI：系统中信号量的总数最大值 2、SEMMSL：每个信号量中信号量元素的个数最大值 3、SEMMNS：系统中所有信号量中的信号量元素的总数最大值
2、P/V操作
对于信号量而言，最重要的作用是用来表征对应资源的数量，所谓的P/V操作就是对资源数量进行 +n/-n 操作，既然只是个加减法，那么为什么不使用普通的整型数据呢，原因是：
（1）、整型数据的加减操作不具有原子性，即操作可能被中断
（2）、普通加减法无法提供阻塞特性，而申请资源不可得时应该进入阻塞
// PV操作 int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops); // 接口说明 参数semid：SEM对象ID 参数sops：PV操作结构体sembuf数组 参数nsops：PV操作结构体数组元素个数 返回值：成功 0，失败 -1 PV操作结构体定义如下： struct sembuf { unsigned short sem_num; // 信号量元素序号（数组下标） short sem_op; // 操作参数 short sem_flg; // 操作选项 } 根据sem_op的数值，信号量操作分成3种情况： （1）当sem_op大于0时： 当进行V操作（释放），即信号量元素的值（semval）将会被加上sem_op的值。如果SEM_UNDO被设置了，那么该V操作将会被系统记录，V操作永远不会导致进程阻塞。 （2）当sem_op等于0时：进行等零操作，如果此时semval恰好为零，则semop()立即成功返回，否则如果IPC_NOWAIT被设置，则立即出错返回并将errno设置为EAGAIN，否则将使得进程进入睡眠，直到以下情况发生： [1]semval变为0 [2]信号量被删除 （将导致semop()出错退出，错误码为EIDRM） [3]收到信号 （将导致semop()出错退出，错误码为EINTR） （3）当sem_op小于0时（申请资源）：进行P操作，即信号量元素的值（semval）将会被减去sem_op的绝对值。如果semval大于或等于sem_op的绝对值，则semop()立即成功返回，semval的值将减去sem_op的绝对值，并且如果SEM_UNDO被设置了，那么该P操作将会被系统记录。 如果semval小于sem_op的绝对值并且设置了IPC_NOWAIT，那么semop()将会出错返回且将错误码置为EAGIN，否则将使得进程进入睡眠，直到以下情况发生： [1]semval的值变得大于或者等于sem_op的绝对值 [2]信号量被删除 （将导致semop()出错退出，错误码为EIDRM） [3]收到信号 （将导致semop()出错退出，错误码为EINTR）
3、删除SEM对象
// 删除SEM对象 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...); // 接口说明 semid：信号量组的ID semnum：信号量组内的元素序号（从0开始） cmd；操作命令字 IPC_STAT：获取信号量组的一些信息，放入结构体semid_ds中 IPC_SET：将结构体semid_ds中指定的信息，设置到信号量组中 IPC_RMID：删除指定的信号量组 GETALL：获取所有信号量元素的值 SETALL：设置所有信号量元素的值 GETVAL：获取第semnum个信号量元素的值 SETVAL：设置第semnum个信号量的值
五、信号量组使用步骤
1、使用ftok()，获取IPC通信对象KEY值
2、使用semget()，获取SEM对象ID，并判断是否需要进行初始化
3、使用semop()，进行P/V操作，操作信号量组
4、使用命令或者函数删除信号量组
六、案例
使用信号量组结合共享内存的方式完成两个进程的数据收发。
// 信号量组结合共享内存的案例 #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> #include <sys/shm.h> #include <errno.h> // 编译时分两个版本，一个直接编译，另外一个把A的宏定义注释，把B的宏定义展开 #define A 1 //#define B 1 // 编译第二版本时，请去掉前面的注释，同时注释A的宏定义 // 注意A进程的P信号量与B进程的V信号量相对应，所以要修改信号量序号的下标 #if A #define DATA_P_NUM 0 #define DATA_V_NUM 1 #define SPACE_P_NUM 2 #define SPACE_V_NUM 3 #elif B #define DATA_P_NUM 1 #define DATA_V_NUM 0 #define SPACE_P_NUM 3 #define SPACE_V_NUM 2 #endif #define SEM_NUM 4 // 4个信号量 #define SEM_KEY 0x01 #define SHM_KEY 0x02 #define SHM_SIZE 4096 int sem_id = -1; // 映射的虚拟地址 char *shm_addr = NULL; // 信号量组初始化 int sem_init(void) { // 1、获取IPC对象的KEY值 key_t sem_key = ftok("./", SEM_KEY); if(sem_key == -1) { perror("ftok fail"); return -1; } // 2、获取SEM对象的ID, 申请4个信号量 sem_id = semget(sem_key, SEM_NUM, IPC_EXCL | IPC_CREAT | 0666); // 如果已经存在就不需要初始化，直接获取 if(sem_id == -1 && errno == EEXIST) { // 直接获取SEM对象ID sem_id = semget(sem_key, SEM_NUM, IPC_CREAT | 0666); if(sem_id == -1) { perror("semget fail"); return -1; } } // 不存在则需要在获取SEM对象ID后进行初始化 else if(sem_id > 0) { sem_id = semget(sem_key, SEM_NUM, IPC_CREAT | 0666); if(sem_id == -1) { perror("semget fail"); return -1; } // 初始化 semctl(sem_id, DATA_P_NUM, SETVAL, 0); // 初始值为0 semctl(sem_id, DATA_V_NUM, SETVAL, 0); // 初始值为0 semctl(sem_id, SPACE_P_NUM, SETVAL, 1); // 初始值为1 semctl(sem_id, SPACE_V_NUM, SETVAL, 1); // 初始值为1 } else { perror("semget fail"); return -1; } } // 共享内存初始化 int shm_init(void) { // 1、获取KEY值 key_t shm_key = ftok("./", 1); if(shm_key == -1) { perror("ftok fail"); return -1; } // 2、指定共享内存，获取共享内存对象ID int shm_id = shmget(shm_key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666); if(shm_id == -1) { perror("shmget fail"); return -1; } // 3、映射共享内存 shm_addr = (char*)shmat(shm_id, NULL, 0); if(shm_addr == (void*)-1) { perror("shmat fail"); return -1; } } int main(int argc, char *argv[]) { int ret = 0; ret = sem_init(); if(ret == -1) { return -1; } ret = shm_init(); if(ret == -1) { return -1; } // 接收数据， 数据-1 struct sembuf Data_P = { .sem_flg = SEM_UNDO, .sem_num = DATA_P_NUM, .sem_op = -1 }; // 发送数据， 数据+1 struct sembuf Data_V = { .sem_flg = SEM_UNDO, .sem_num = DATA_V_NUM, .sem_op = 1 }; // 占用空间， 空间-1 struct sembuf Space_P = { .sem_flg = SEM_UNDO, .sem_num = SPACE_P_NUM, .sem_op = -1 }; // 释放空间 空间+1 struct sembuf Space_V = { .sem_flg = SEM_UNDO, .sem_num = SPACE_V_NUM, .sem_op = 1 }; pid_t pid = fork(); // 父进程负责发送数据 if(pid > 0) { while(1) { // 申请空间，P操作 printf("wait Space_P...\n"); semop(sem_id, &Space_P, 1); printf("get Space_P\n"); printf("please input data: \n"); fgets(shm_addr, SHM_SIZE, stdin); // 释放数据，V操作 semop(sem_id, &Data_V, 1); printf("set Data_V, send data success\n"); } } // 子进程负责接收数据 else if(pid == 0) { while(1) { // 申请数据，P操作 printf("wait Data_P...\n"); semop(sem_id, &Data_P, 1); printf("read Data: %s", shm_addr); memset(shm_addr, 0, SHM_SIZE); // 释放空间，V操作 semop(sem_id, &Space_V, 1); printf("set Space_V\n"); } } else { perror("fork fail"); return -1; } return 0; }
注：编译时，编译两个版本，一个直接编译，另外一个需要注释A的宏定义，然后展开B的宏定义后才能编译第二个版本。
分析：具体的PV操作这里不讲解，为什么要申请4个信号量，这个要讲明白的话，很难，有空再出另外一篇博客讲，敬请留意。
七、总结
信号量组只能作为一种信号，不能用来传递数据，多用于使用P/V操作的场景，可以同时操作多个信号量，但是要实现传递数据，必须配合其他通信方式，如共享内存。可以结合案例来加深对信号量组的理解。
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