day16 信号灯

news2024/9/29 21:24:47

信号灯概念和有名信号灯

目录

信号灯概念和有名信号灯

有名信号灯

无名信号灯

信号灯P操作

信号灯V操作

system V信号灯的

 

信号灯/信号量（semaphore）

信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量；

信号量是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问

初始化、P操作（申请资源）、V操作（释放资源）（P消费者、V生产者）

概念：

是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制。类似我们的PV操作概念：

生产者和消费者场景
Ｐ(Ｓ) 含义如下:
     if  (信号量的值大于0) {  
 申请资源的任务继续运行；
           信号量的值减一；
} else {   
申请资源的任务阻塞；
} 
V(Ｓ) 含义如下:
     信号量的值加一；
     if (有任务在等待资源) {   
唤醒等待的任务，让其继续运行 
}

三种信号灯：

Posix  有名信号灯；

Posix  无名信号灯；

System V 信号灯；

Posix 有名信号灯和无名信号灯使用：

有名信号灯

有名信号灯打开：

sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t*sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);

参数：

name：name是给信号灯起的名字；

oflag：打开方式，常用O_CREAT

mode ：文件权限，常用06666

value：信号量值。二元信号量值为1，普通表示资源数目；

信号灯文件为止：/dev/shm/

有名信号灯关闭：

int sem_close(sem_t *sem);

有名信号灯的删除：

int sem_unlink(const char* name);

代码实现：

mysem_w：

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#include <signal.h>

void delsemfile(int sig) {
	sem_unlink("mysem_w");
	exit(0);
}

int main() {

//捕捉信号,按下Ctrl+c时删除myser_w
	struct sigaction act;
	act.sa_handler = delsemfile;
	act.sa_flags = 0;
	sigemptyset(&act.sa_mask);

	sigaction(SIGINT, &act, NULL);

//创建共享内存

	//1 申请共享内存key值;
    key_t key;
	key = ftok(".", 100);
	if (key < 0) {
		perror("ftok");
		return 0;
	}

	//2 根据key值创建共享内存
    int shmid;
	shmid = shmget(key, 500, 0666|IPC_CREAT);
	if (shmid < 0) {
		perror("shmget");
		return 0;
	}

	//3 获取共享内存地址
    char *shmaddr;
	shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);

	//定义读写信号量
    sem_t *sem_r, *sem_w;

	//打开信号量;(初始化 读信号量为0,写信号量为1)
	sem_r = sem_open("mysem_r", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 0);
	sem_w = sem_open("mysem_w", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1);

//向共享内存中写数据

	//1 判断是否能写
	while(1) {
		sem_wait(sem_w);    //sem_w--
		printf(">");
		fgets(shmaddr, 500, stdin);
		sem_post(sem_r);    //sem_r++
	}



}

 mysem_r：

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#include <signal.h>

void delsemfile(int sig) {
	sem_unlink("mysem_r");
	exit(0);
}


int main() {

//捕捉信号,按下Ctrl+c时删除myser_r
	struct sigaction act;
	act.sa_handler = delsemfile;
	act.sa_flags = 0;
	sigemptyset(&act.sa_mask);

	sigaction(SIGINT, &act, NULL);

//创建共享内存

	//1 申请共享内存key值;
    key_t key;
	key = ftok(".", 100);
	if (key < 0) {
		perror("ftok");
		return 0;
	}

	//2 根据key值创建共享内存
    int shmid;
	shmid = shmget(key, 500, 0666|IPC_CREAT);
	if (shmid < 0) {
		perror("shmget");
		return 0;
	}

	//3 获取共享内存地址
    char *shmaddr;
	shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);

	//定义读写信号量
    sem_t *sem_r, *sem_w;

	//打开信号量;(初始化 读信号量为0,写信号量为1)
	sem_r = sem_open("mysem_r", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 0);
	sem_w = sem_open("mysem_w", O_CREAT|O_RDWR, 0666, 1);

//向共享内存中写数据

	//1 判断是否能写
	while(1) {
		sem_wait(sem_r);    //sem_r--

		printf("%s\n", shmaddr);

		sem_post(sem_w);    //sem_w++
	}



}

无名信号灯

无名信号灯在Linux下只支持线程间同步不支持进程间同步

无名信号灯的初始化

int sem_close(sem_t *sems, int shared, unsigned int value);

参数：

sem：需要初始化的信号灯变量；

shared：shared指定为0，表示信号量只能由这个初始化这个信号量的进程使用，不能在进程间使用，Linux不支持进程间同步；

value：信号量的值

无名信号灯的销毁：

int sem_destroy(sem_t *sem);

信号灯P操作

int sem_wait(sem_t *sem);

获取资源，如果信号量为0，表示这时没有相应资源空闲，那么调用线程就将挂起，直到有空闲资源可以获取

信号灯V操作

int sem_post(sem_t *sem);

释放资源，如果没有线程阻塞在该sem上，表示没有线程等待该资源，这时该函数就对信号量的值进行增1操作，表示同类资源多增加了一个。如果至少有一个线程阻塞在该sem上，表示有线程等待资源，信号量为0，这时该函数保持信号量为0不变，并使某个阻塞在该sem上的线程从sem_wait函数中返回

注意：编译posix信号灯需要加pthread动态库。

代码实现

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>

sem_t sem_r, sem_w;
char *shmaddr;

void deseroysem(int sig) {
	sem_destroy(&sem_r);
	sem_destroy(&sem_w);
	exit(0);
}

void *readmem(void *arg) {
	while(1) {
		sem_wait(&sem_r);
		printf("%s\n", shmaddr);
		sem_post(&sem_w);
	}
}

int main() {

//捕捉信号,按下Ctrl+c时删除myser_w
	struct sigaction act;
	act.sa_handler = deseroysem;
	act.sa_flags = 0;
	sigemptyset(&act.sa_mask);

	sigaction(SIGINT, &act, NULL);

//创建共享内存

	//1 申请共享内存key值;
	key_t key;
	key = ftok(".", 100);
	if (key < 0) {
		perror("ftok");
		return 0;
	}

	//2 根据key值创建共享内存
	int shmid;
	shmid = shmget(key, 500, 0666|IPC_CREAT);
	if (shmid < 0) {
		perror("shmget");
		return 0;
	}

	//3 获取共享内存地址
	shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);
	
	//无名信号灯初始化;
	sem_init(&sem_r, 0, 0);
	sem_init(&sem_w, 0, 1);

	//创建线程
	pthread_t tid;
	pthread_create(&tid, NULL, readmem, NULL);

	//向共享内存中写数据
	while(1) {
		sem_wait(&sem_w);    //sem_w--
		printf(">");
		fgets(shmaddr, 500, stdin);
		sem_post(&sem_r);    //sem_r++
	}



}

system V信号灯的

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

功能：创建 / 打开信号灯；

参数：

key：ftok 产生的key值；（和信号灯关联的key值）

nsems ：信号灯集 中包含的信号灯数目；

semflg ：信号灯集 的访问权限，通常是IPC_CREAT | 0666

返回值：成功返回信号灯集id， 失败返回-1；

int semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);

功能：对信号灯集合中的信号量进行p  -  v操作

参数：

semid：信号灯集合 的id；

struct sembuf {

                short sem_num;         //要操作的信号灯的编号；

                short sem_op;            //1：释放资源，V操作； -1:分配资源， P操作；

                short sem_flg;            // 0（阻塞），IPC_NOWAT,SEM_UNDO

};                               //对某一个信号灯的操作，如果同时对多个操作，则需要定义这种结构以数组

nops：要操作的信号灯的个数， 1个；

返回值：成功：0,； 失败：-1.

int semctl(int semid, int semnum, int cmd.../*union semun arg*/);

功能：信号灯集合的控制（初始化 / 删除）

参数：

semid：信号灯集id

semnum: 要操作的集合中的信号灯编号

　　　cmd：

　　　GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值

　　　SETVAL：设置信号灯的值，需要用到第四个参数：共用体

　　　IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合

返回值：成功 0 ； 失败 -1

代码实现：

#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

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

#define SEM_READ 0
#define SEM_WRITE 1

union semun{
	int val;
};

//p操作
void Poperation(int semid, int semindex) {
	struct sembuf sbuf;
	sbuf.sem_num = semindex;
	sbuf.sem_op = -1;
	sbuf.sem_flg = 0;

	semop(semid, &sbuf, 1);


}
//v操作
void Voperation(int semid, int semindex ) {

	struct sembuf sbuf;
	sbuf.sem_num = semindex;
	sbuf.sem_op = 1;
	sbuf.sem_flg = 0;

	semop(semid, &sbuf, 1);

}



int main() {
	key_t key;
	int semid;
	int shmid;
	char *shmaddr;

	key = ftok(".", 100);
	if (key < 0) {
		perror("ftok");
		return 0;
	}

	semid = semget(key, 2, IPC_CREAT|0666);
	if (semid < 0) {
		perror("semget");
		return 0;
	}

	shmid = shmget(key, 500, IPC_CREAT|0666);
	shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);

	//初始化
	union semun mysem;
	mysem.val = 0;
	semctl(semid, SEM_READ, SETVAL, mysem);
	mysem.val = 1;
	semctl(semid, SEM_WRITE, SETVAL, mysem);


	pid_t pid;
	pid = fork();
	if (pid < 0) {
		perror("fork");
		shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
		semctl(semid, 0, IPC_RMID);
		exit(-1);
	}else if(pid == 0) {
		while(1){
			Poperation(semid, SEM_READ);

			printf("%s\n", shmaddr);

			Voperation(semid, SEM_WRITE);
		}

	}else{
		while(1){
			Poperation(semid, SEM_WRITE);

			printf(">");
			fgets(shmaddr, 32, stdin);

			Voperation(semid, SEM_READ);
		} 
	}


}

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