Linux 练习八 （IPC 信号量）

news2024/11/25 2:33:56

文章目录

  • 信号量介绍
  • 信号量相关函数
  • 案例一：有亲缘关系的进程使用信号量通信
  • 案例二：无亲缘关系的进程使用信号量通信

使用环境：Ubuntu18.04
使用工具：VMWare workstations ，xshell
  作者在学习Linux的过程中对常用的命令进行记录，通过思维导图的方式梳理知识点，并且通过xshell连接vmware中ubuntu虚拟机进行操作，并将练习的截图注解，每句话对应相应的命令，读者可以无障碍跟练。
  第八次练习的重点在于Linux的中如何使用信号量进行进程通信。
  

信号量介绍

  • 信号量（信号灯）是一种提供不同进程之间或者给定进程之间的不同线程间同步手段的原语。信号量是进程/线程同步的一种方式，有时候我们需要保护一段代码，使它每次只能被一个执行进程/线程运行，这种工作就需要一个二进制开关；有时候需要限制一段代码可以被多少个进程/线程执行，这就需要用到关于计数信号量，即考研操作系统中的semphore。信号量开关是二进制信号量的一种逻辑扩展，两者实际调用的函数都是一样。
  • 信号量分为三种：
  1. System V信号量，在内核中维护，可用于进程或线程间的同步
  2. Posix 有名信号量，一种来源于POSIX技术诡诞的实时扩展方案，可用于进程或线程间的同步，常用于线程。
  3. Posix基于内存的信号量，存放在共享内存区中，可用于进程或线程间的同步。
  • 为了获取共享资源进程需要执行如下操作：
  1. 测试控制该资源的信号量
  2. 若信号量值为正数，则进程可以使用此资源。进程信号量值-1，表示它使用了一个资源单位。此进程使用完共享资源后对应的信号量会+1。
  3. 若信号量值为0，则进程是阻塞状态，等待其他进程释放资源，即信号量大于0。
  • 为了实现信号量，信号量的增减都是原子操作，即不可中断的操作，原子操作的原理是使用关中断开中断的操作实现，有兴趣的读者可以去看操作系统，计算机四大件之一。

信号量相关函数

//头文件
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
  • 函数int semget(key_t key,int nsems,int flag);创建一个信号量集或访问一个已存在的信号量集。返回值：成功时，返回一个称为信号量标识符的整数，semop和semctl会使用它。出错返回-1.
  1. 参数key是唯一表示一个信号量的关键字，如果key为IPC_PRIVATE则创建一个只有创建者进程才可以访问的信号量，通常用于父子进程之间。如果key为IPC_CREAT则创建一个可以被多个进程共享的信号量。
  2. 参数nsems指定需要使用的信号量数目。如果是创建新集合，则必须指定nsems，如果是引用一个存在的集合，则将nsems指定为0。
  3. 参数flag是一组标志，作用和open函数的标志相似。低端九个位是该信号量的权限，即文件的访问权限。此外还可以与IPC_CREAT按位或操作，已创建一个新的信号量。或者通过IPC_CREAT和IPC_EXCL联合使用，创建出一个新的信号量，如果该信号量已经存咋就会返回一个错误。

  • 函数int semop(int semid,struct sembuf *sops,size_t num_sops);用于改变信号量对象中各个信号量的状态。成功返回0，失败返回-1.
  1. 参数semid是由semget返回的信号量标识符
  2. 参数sops是指向一个结构体数组的指针。每个数组元素至少包含一下几个成员：
struct sembuf{
	short sem_num;	//操作信号量在信号量集合中的编号，第一个信号量编号为0
	short sem_op;	//sem_op为-1，就是p操作，即wait操作。为+1就是v操作，即signal操作。
	short sem_flg;	//通常设为SEM_UNDO，程序结束，信号量为semop调用前的值。
};
  1. 参数nops为sops指向的sembuf结构体数组的大小
  • 函数**int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …);**用来直接控制信号量的信息。成功返回0，失败返回-1。
  1. 参数semid是有semget返回的信号量标识符
  2. 参数semnum为集合中信号量的编号，当要用到成组的信号量时，从0开始。一般取值为0，表示这是第一个也是唯一的信号量。
  3. 参数cmd为执行的操作。IPC_RMID（立即删除信号集，唤醒所有被阻塞的进程）、GETVAL（根据 semun 返回信号量的值，从 0 开始，第一个信号量编号为 0）、SETVAL（根据 semun 设定信号的值，从 0 开始，第一个信号量编号为 0）、GETALL（获取所有信号量的值，第二个参数为 0，将所有信号的值存入 semun.array中）、SETALL（将所有 semun.array 的值设定到信号集中，第二个参数为 0）等。
  4. 参数…是一个union semun（需要程序员自己定义），它至少包含一下几个成员变量，通常只用到val：
union semun{
int val; 				/* SETVAL的值 */
struct semid_ds *buf; 	/* IPC_STAT, IPC_SET的缓冲区 */
unsigned short *array; 	/* GETALL, SETALL的集合 */
};

相关结构体：
The semid_ds data structure is defined in <sys/sem.h> as follows:

struct semid_ds {
	struct ipc_perm sem_perm; /* Ownership and permissions */
	time_t sem_otime; /* Last semop time */
	time_t sem_ctime; /* Last change time */
	unsigned long sem_nsems; /* No. of semaphores in set */
};

The ipc_perm structure is defined as follows (the highlighted fields aresettable using IPC_SET):

struct ipc_perm {
	key_t __key; /* Key supplied to semget(2) */
	uid_t uid; /* Effective UID of owner */
	gid_t gid; /* Effective GID of owner */
	uid_t cuid; /* Effective UID of creator */
	gid_t cgid; /* Effective GID of creator */
	unsigned short mode; /* Permissions */
	unsigned short __seq; /* Sequence number */
};

案例一：有亲缘关系的进程使用信号量通信

创建子进程生产V操作，放入信号集合中，在创建父进程消费P操作，放入信号集合中。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

union semun		//必须重写共用体
{
	int val;				//信号量的值
	struct semid_ds* buf;	//IPC_STAT, IPC_SET的缓冲区
	unsigned short *array;	//GETALL,SETALL的数组
};

int main()
{
	int semid = semget(IPC_PRIVATE,1,0666|IPC_CREAT);	//创建信号量集
	if(semid == -1){	//创建失败的处理
		perror("semget error");
		exit(-1);
	}
	if(fork() == 0){	//子进程
		struct sembuf sem;	//定义信号量结构体
		memset(&sem,0,sizeof(struct sembuf));	//初始化结构体
		sem.sem_num = 0;	//信号量编号，初始为0
		sem.sem_op = 1;		//+1	表示执行V操作，即signal生产产品
		sem.sem_flg = 0;	//SEM_UNDO，设置semop调用前的值
		
		union semun arg;	//
		arg.val = 0;		//初始化信号量的值
		semctl(semid,0,SETALL,arg);		//将信号量的值全部设置到信号量集中，相当于公共信号量
		
		while(1){
			semop(semid,&sem,1);	//执行指定的V操作，表示生产者生产产品
			printf("生产者总数：%d\n",semctl(semid,0,GETVAL));	//打印生产的公共信号量
			sleep(1);				//休息一秒
			if(semctl(semid,0,GETVAL) == 5){
				break;
			}
		}
	}
	else{	//父进程
		sleep(2);	//休眠，让子进程先生产点东西
		struct sembuf sem;	//信号量结构体
		memset(&sem,0,sizeof(struct sembuf));	//初始化结构体
		sem.sem_num = 0;	//信号量编号，初始为0
		sem.sem_op = -1;	//-1	表示执行P操作，即wait 消费产品
		sem.sem_flg = 0;	//SEM_UNDO，设置semop调用前的值
		while(1){
			semop(semid,&sem,1);	//执行指定的P操作，表示消费者消费产品
			printf("消费者总数：%d\n",semctl(semid,0,GETVAL));	//打印获取的公共信号量
			sleep(2);				//休息两秒
			if(semctl(semid,0,GETVAL) == 0){
				break;
			}
			wait(NULL);
		}
	}
	
	return 0;
}

运行结果实例：两个if判断就是，子进程生产5个退出，父进程消费所有的退出。
在这里插入图片描述

案例二：无亲缘关系的进程使用信号量通信

  • 在本案例中，首先使用函数semctl初始化信号量集合sem_id，它包含两个信号，分别是生产的数量和空位，那么在消费者的进程中使用同样的key就可以获得该信号量集合，从而实现两个进程之间的通信。
  • 在主函数中设定两个信号量的PC操作，然后在各自的进程汇总对两个信号进行操作。
  1. 如果只运行生产者进程，则生产10个以后，该进程会因为无法获取空仓库的资源而阻塞，这个时候运行消费者进程，阻塞就会解除。
  2. 如果先运行生产者，生产几个产品后，关闭该进程，则运行消费者，当消费者将所有产品取走后，该进程会因为得不到产品资源而阻塞，这个时候运行生产者进程，阻塞就会接触。
  3. 如果同时运行两个进程，由于消费比生产快，所有消费者每次都要等待生产者。
  4. 本案例中，需要先运行生产者，初始化信号量。

生产者源码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
//定义全局变量信号集id
int sem_id;
//初始化信号集
void init();
//删除信号集
void del();

int main()
{
	struct sembuf sops[2];	//定义两个信号量
	sops[0].sem_num = 0;	//设置生产者编号0
	sops[0].sem_op = 1;		//就是V操作，生产产品
	sops[0].sem_flg = 0;	//也可以写成SEM_UNDO
	sops[1].sem_num = 1;	//设置仓库容量编号0
	sops[1].sem_op = -1;	//就是P操作，仓库容量-1
	sops[1].sem_flg = 0;	//也可以写成SEM_UNDO
	init();//初始化信号量集合，就是生产产品量和仓库空位
	printf("生产者开始生产\n");
	printf("生产的数量%d\n",semctl(sem_id,0,GETVAL));//使用semctl获取集合中第一个结构体中的val
	printf("空闲空间为%d\n",semctl(sem_id,1,GETVAL));//使用semctl获取集合中第二个结构体中的val
	while(1){
		semop(sem_id,&sops[1],1); //改变第二个数组的中状态，即空闲仓库容量先-1，才能生产产品+1
		//先对仓库容量-1的原因是，如果有多个生产者同时生产，就需要用仓库容量来限制
		printf("已经申请了仓库，可以开始生产了\n");
		semop(sem_id,&sops[0],1); //改变第一个数组的中状态，即产品数量+1
		printf("空闲空间为%d\n",semctl(sem_id,1,GETVAL));//使用semctl获取集合中第二个结构体中的val
		printf("生产的数量%d\n",semctl(sem_id,0,GETVAL));//使用semctl获取集合中第一个结构体中的val
		sleep(2);
	}
	del();//删除信号集合
	return 0;
}
//初始化信号集
void init()
{
	int ret;
	unsigned short sem_array[2];
	union semum
	{
		int val;
		struct semid_ds* buf;
		unsigned short* array;
	}arg;
	sem_id = semget((key_t)1234,2,IPC_CREAT|0644);	//使用key创建一个还有两个信号的信号集
	if(sem_id == -1){
		perror("semget");
		exit(-1);
	}
	sem_array[0] = 0;	//产品数量
	sem_array[1] = 10;	//仓库空位
	arg.array = sem_array;
	ret = semctl(sem_id,0,SETALL,arg);	//将所有semun.array的值设置到集合中，第二个参数代表0号
	if(ret == -1){	
		printf("信号量放入集合失败");
	}
	printf("生产者%d初始化\n",semctl(sem_id,0,GETVAL));
	printf("仓库%d初始化\n",semctl(sem_id,1,GETVAL));
}
//删除信号集
void del()
{
	semctl(sem_id,IPC_RMID,0);
}

消费者源码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

int sem_id;
//获取生产者创建的信号集标识符
void init();
int main()
{
	struct sembuf sops[2];
	sops[0].sem_num = 0;	//设置消费者编号0
	sops[0].sem_op = -1;	//就是P操作，消费产品
	sops[0].sem_flg = 0;	//也可以写成SEM_UNDO
	sops[1].sem_num = 0;	//设置仓库容量编号0
	sops[1].sem_op = 1;		//就是V操作，仓库容量+1
	sops[1].sem_flg = 0;	//也可以写成SEM_UNDO
	init();
	printf("这是消费者\n");
	printf("消费的数量%d\n",semctl(sem_id,0,GETVAL));//使用semctl获取集合中第一个结构体中的val
	printf("空闲空间为%d\n",semctl(sem_id,1,GETVAL));//使用semctl获取集合中第二个结构体中的val
	while(1)
	{
		semop(sem_id,&sops[0],1);//先消费，在归还仓库空间
		//原因是如果多个消费者同步消费，先归还仓库空间会导致，生产者快速填满，目的是为了生产者和消费者的同步
		printf("现在开始消费\n");
		semop(sem_id,&sops[1],1);//归还仓库空间
		printf("消费的数量%d\n",semctl(sem_id,0,GETVAL));//使用semctl获取集合中第一个结构体中的val
		printf("空闲空间为%d\n",semctl(sem_id,1,GETVAL));//使用semctl获取集合中第二个结构体中的val
		sleep(1);
	}
	return 0;
}
//获取生产者创建的信号集标识符
void init()
{
	sem_id = semget((key_t)1234,2,IPC_CREAT|0644);	//获取信号集ID
}

在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/403549.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

记录--vue3+setup+ts 知识总结

记录--vue3+setup+ts 知识总结

这里给大家分享我在网上总结出来的一些知识&#xff0c;希望对大家有所帮助 vue3 于 2020 年 09 月 18 日正式发布&#xff0c;2022 年 2 月 7 日 vue3 成为新的默认版本 距离 vue3 正式发布已经过去两年有余, 成为默认版本也过去大半年了&#xff0c;以前还能说是对新技术、新…
阅读更多...
SAP 凭证修改记录CDHDR / CDPOS使用及说明

SAP 凭证修改记录CDHDR / CDPOS使用及说明

目的&#xff1a; 一、sap的更改记录的保存 1、所有的修改记录在表CDHDR and CDPOS 2、表CDHDR 表CDHDR记录了用户于什么时间点用什么样的事务代码修改了什么样的对象 在表CDHDR字段&#xff1a;Change doc. Object代表了修改的对象 3、表CDPOS 是更改记录的行项目 记录…
阅读更多...
web实现太极八卦图、旋转动画、定位、角度、坐标、html、css、JavaScript、animation

web实现太极八卦图、旋转动画、定位、角度、坐标、html、css、JavaScript、animation

文章目录前言1、html部分2、css部分3、JavaScript部分4、微信小程序演示前言 哈哈 1、html部分 <div class"great_ultimate_eight_diagrams_box"><div class"eight_diagrams_box"><div class"eight_diagrams"><div class&…
阅读更多...
如何使用MyBatis框架实现对数据库的增删查改？

如何使用MyBatis框架实现对数据库的增删查改？

目录&#xff1a;1.创建MyBatis项目以及如何配置2.MyBatis操作数据库的模式3.实现增删查改注意&#xff1a;在我们操作数据库之前&#xff0c;先要保证我们已经在数据库建好了一张表。创建MyBatis项目以及如何配置我们在创建项目的时候&#xff0c;引入MyBatis相关依赖配置数据…
阅读更多...
动态内存分配之伙伴算法

动态内存分配之伙伴算法

伙伴算法 伙伴算法是一种在计算机内存管理中使用的算法&#xff0c;用于分配和释放内存。它是一种基于二叉树的动态内存分配算法&#xff0c;可以高效地分配和合并内存块。伙伴算法是一种按照固定大小分配内存的算法&#xff0c;例如&#xff0c;每个内存块的大小为2的n次幂&a…
阅读更多...
MyBatis学习笔记(十二) —— MyBatis的逆向工程

MyBatis学习笔记(十二) —— MyBatis的逆向工程

12、MyBatis的逆向工程 正向工程&#xff1a;先创建Java实体类&#xff0c;由框架负责根据实体类生成数据库表。Hibernate是支持正向工程的。 逆向工程&#xff1a;先创建数据库表&#xff0c;由框架负责根据数据库表&#xff0c;反向生成如下资源&#xff1a; Java实体类Mappe…
阅读更多...
操作系统--基于Linux的常用命令（超详细/设计/实验/作业/练习）

操作系统--基于Linux的常用命令（超详细/设计/实验/作业/练习）

目录课程名&#xff1a;操作系统原理及Linux应用内容/作用&#xff1a;设计/实验/作业/练习学习&#xff1a;基于Linux的常用命令一、前言二、环境与设备三、原理四、内容五、总结与分析课程名&#xff1a;操作系统原理及Linux应用 内容/作用&#xff1a;设计/实验/作业/练习 …
阅读更多...
苹果和富士康坚持推进印度制造，过于一厢情愿了，或加速衰退

苹果和富士康坚持推进印度制造，过于一厢情愿了，或加速衰退

在印度生产iPhone面临重重波折后&#xff0c;苹果和富士康仍然执意推进印度制造&#xff0c;这对于本已面临诸多风波的苹果来说并非好事&#xff0c;或许会加速苹果的衰退&#xff0c;毕竟如今的苹果早已没有当年的影响力了。一、苹果面临的问题苹果能成为智能手机市场的领导者…
阅读更多...
【专项训练】排序算法

【专项训练】排序算法

排序算法 非比较类的排序，基本上就是放在一个数组里面，统计每个数出现的次序 最重要的排序是比较类排序！ O(nlogn)的3个排序，必须要会！即：堆排序、快速排序、归并排序！ 快速排序：分治 经典快排 def quickSort1(arr
阅读更多...
WinRAR安装教程

WinRAR安装教程

文章目录WinRAR安装教程无广告1. 下载2. 安装3. 注册4. 去广告WinRAR安装教程无广告 1. 下载 国内官网&#xff1a;https://www.winrar.com.cn/ 2. 安装 双击&#xff0c;使用默认路径&#xff1a; 点击“安装”。 点击“确定”。 点击“完成”。 3. 注册 链接&#xff…
阅读更多...
第161篇 笔记-去中心化的含义

第161篇 笔记-去中心化的含义

本文主要内容来自Vitalik Buterin的文章。“去中心化”这个词是在加密经济学领域用得最多的一个词&#xff0c;通常也作为辨别区块链的依据。然而&#xff0c;这个词也可能是被定义得最不恰当的一个词。数千小时的研究和价值数十亿美元哈希算力的投入都旨在实现去中心化&#x…
阅读更多...
wsl ubuntu22.04 conda环境安装labelImg解决xcb缺失问题

wsl ubuntu22.04 conda环境安装labelImg解决xcb缺失问题

labelImg 安装 pip install PyQt5 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ pip install pyqt5-tools -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ pip install lxml -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ pip install labelImg -i https://pypi.tuna.tsingh…
阅读更多...
Java基础学习(2)

Java基础学习(2)

Java基础学习一 基础概念1.1 注释1.2 关键字1.3 字面量特殊字符1.4 变量1.5 数据类型1.6 标识符1.7 键盘输入二 运算符隐式转换强制转换三元运算符运算符的优先级二 源码 补码 反码2.1 源码2.2 反码2.3 补码其他运算符逻辑与逻辑或左移右移一 基础概念 1.1 注释 对自己所写的内…
阅读更多...
HTML快速入门

HTML快速入门

目录HTML概念HTML基本格式基本语法常用标签1.文件标签&#xff1a;构成html最基本的标签2.文本标签&#xff1a;和文本有关的标签3.列表标签4.图片标签5.超链接标签6.表格标签7.表单标签HTML概念 HTML是最基础的网页开发语言&#xff0c;Hyper Text Markup Language&#xff0…
阅读更多...
保姆级使用PyTorch训练与评估自己的Replknet网络教程

保姆级使用PyTorch训练与评估自己的Replknet网络教程

文章目录前言0. 环境搭建&快速开始1. 数据集制作1.1 标签文件制作1.2 数据集划分1.3 数据集信息文件制作2. 修改参数文件3. 训练4. 评估5. 其他教程前言 项目地址&#xff1a;https://github.com/Fafa-DL/Awesome-Backbones 操作教程&#xff1a;https://www.bilibili.co…
阅读更多...
cocoscreator打包android app bundle使用Play Asset Delivery分包

cocoscreator打包android app bundle使用Play Asset Delivery分包

1.cocoscreator构建完android项目 2.用androidstudio打开项目 3.点击androidstudio上项目目录左上角的Android改为Project 4. 在项目目录下新建Modul 5.选择Android Library 6.命名assetPack1或者自定义&#xff0c;点击Finish 7.在新建的assetPack1目录下找到build.gradle并…
阅读更多...
【408数据结构】一篇文章吃透算法时间复杂度

【408数据结构】一篇文章吃透算法时间复杂度

文章目录前言1. 什么是好的算法2. 算法的效率度量3. 时间复杂度4. 大 O 时间复杂度表示法5. 算法时间复杂度计算规则&#x1f351; 规则 1&#xff1a;只关注循环中的代码段&#x1f351; 规则 2&#xff1a;加法规则&#x1f351; 规则 3&#xff1a;乘法规则6. 常见算法时间复…
阅读更多...
两道有关链表的练习

两道有关链表的练习

目录 一、分割链表 二、奇偶链表 一、分割链表 给你一个链表的头节点 head 和一个特定值 x &#xff0c;请你对链表进行分隔&#xff0c;使得所有 小于 x 的节点都出现在 大于或等于 x 的节点之前。 你不需要 保留 每个分区中各节点的初始相对位置。 示例 1&#xff1a; 输…
阅读更多...
国科大论文latex模板中可能的注意事项

国科大论文latex模板中可能的注意事项

背景 国科大2022年9月发布了毕业论文的LaTeX模板&#xff0c;它是在ucasthesis上修改而来的&#xff0c;但近日使用国科大发布版本时发现有几点不同以及需要注意的地方。本人只会简单使用latex&#xff0c;但并不熟悉latex样式编辑&#xff0c;因此以下介绍与方法仅供参考。仅…
阅读更多...
基于 Flink CDC 的实时同步系统

基于 Flink CDC 的实时同步系统

摘要&#xff1a;本文整理自科杰科技大数据架构师张军&#xff0c;在 FFA 2022 数据集成专场的分享。本篇内容主要分为四个部分&#xff1a;功能概述架构设计技术挑战生产实践Tips&#xff1a;点击「阅读原文」查看原文视频&演讲 ppt科杰科技是专门做大数据服务的供应商&am…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023