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作者：武漢華嵌 嵌入式培訓(xùn)中心技術(shù)部
信號(hào)量是一種用于提供不同進(jìn)程間或一個(gè)給定進(jìn)程的不同線程間同步手段的原語(yǔ)。在UNIX下有三種分別如下：
- Posix有名信號(hào)量;
- Posix基于內(nèi)存的信號(hào)量;
- System V信號(hào)量。
在這里只和大家分享下有關(guān)System V信號(hào)量。
System V通過(guò)定義計(jì)數(shù)信號(hào)量集來(lái)對(duì)信號(hào)量的操作，計(jì)數(shù)信號(hào)量集是一個(gè)或多個(gè)信號(hào)量構(gòu)成一個(gè)集合，其中每個(gè)都是計(jì)數(shù)信號(hào)量。對(duì)于系統(tǒng)中的每個(gè)信號(hào)量集，內(nèi)核維護(hù)一個(gè)如下的信息結(jié)構(gòu)，它定義在頭文件中。
struct semid_ds{
struct ipc_perm sem_perm; /* operation permission struct */
struct sem *sem_base; /* ptr to array of semaphores in set */
uishort sem_nsems; /* #of semaphores in set */
time_t sem_otime; /* time of last semop() */
time_t sem_ctime; /* time of creation or last IPC_SET */
};
成員struct sem結(jié)構(gòu)如下：
struct sem{
ushort_t semval; /* semaphore value , nonnegative */
short sempid; /* PID of last successful semop(), SETVAL, SETALL */
ushort_t semncnt; /* awaiting semval > current value */
ushort_t semzcnt; /* awaiting semval = 0 */
};
注意在struct semid_ds結(jié)構(gòu)中的sem_base含有指向某個(gè)sem結(jié)構(gòu)數(shù)組的指針：當(dāng)前信號(hào)量集中的每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)其中一個(gè)數(shù)組元素。我們可以把內(nèi)核中的某個(gè)選定信號(hào)量圖解成指向一個(gè)sem結(jié)構(gòu)數(shù)組的一個(gè)semid_ds結(jié)構(gòu)。圖解如下：
file:///C:/DOCUME~1/jack/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.png
有了以上的理論，那么接下來(lái)我們來(lái)探討下如何對(duì)這樣的信號(hào)量進(jìn)行操作，linux操作系統(tǒng)為我們提供了操作system v信號(hào)量的API函數(shù)，以下就開始講解這些API函數(shù)。
- semget函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量集或訪問一個(gè)已存在的信號(hào)量集。
#include
int semget(key_t key, int nsems, int oflag);
該函數(shù)成功返回時(shí)，其返回值是一個(gè)稱為信號(hào)量標(biāo)識(shí)符的整數(shù)，semop和semctl使用它。出錯(cuò)則返回-1。
nsems參數(shù)指定集合中的信號(hào)量數(shù)。如果我們創(chuàng)建一個(gè)新的信號(hào)量集，而只是訪問一個(gè)已存在的集合，那就可以把該參數(shù)指定為0。一旦創(chuàng)建完一個(gè)信號(hào)量集，我們就不能改變其中的信號(hào)量數(shù)。
oflag值是一些權(quán)限值的組合，如果是創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量集，那么得在此oflag的基礎(chǔ)上或上O_CREAT或者是O_CREAT|O_EXCL。
此函數(shù)不可以對(duì)創(chuàng)建的信號(hào)量集中的信號(hào)量進(jìn)行初始化，對(duì)信號(hào)量的初始化是通過(guò)另外的一個(gè)函數(shù)semctl進(jìn)行的。
- 通過(guò)semctl函數(shù)對(duì)信號(hào)量集中的信號(hào)量進(jìn)行初始化。
#include
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …./* union semun arg*/ )；
semid標(biāo)識(shí)其操作待控制的信號(hào)量集。
semnum標(biāo)識(shí)該信號(hào)量集內(nèi)的某個(gè)成員(0, 1等待，直到nsems -1)。semnum值僅僅用于GETVAL、SETVAL、GETNCNT、GETZCNT和GETPID命令。
第四個(gè)參數(shù)是可選的，取決于第三個(gè)參數(shù)cmd。union semnu結(jié)構(gòu)如下：
union semnu{
int val; /* used for SETVAL only */
struct semid_ds *buf; /* used for IPC_SET and IPC_STAT */
ushort *array; /* used for GETALL and SETALL */
};
這個(gè)聯(lián)合體并沒有出現(xiàn)在任何頭文件中，因而必須由應(yīng)用程序聲明。
第三個(gè)參數(shù)cmd可以取以下值：
GETVAL 把semval的當(dāng)前值作為函數(shù)返回值返回。
SETVAL 把semval值設(shè)置為arg.val。如果操作成功，那么相應(yīng)信號(hào)量在所有進(jìn)程是的信號(hào)
量調(diào)整值(semadj)將被置為0。
IPC_RMID 把由semid指定的信號(hào)量集從系統(tǒng)中刪除掉。
IPC_SET 設(shè)置所指定信號(hào)量集的semid_ds結(jié)構(gòu)中的某些成員。
IPC_SET R 返回所指定信號(hào)量集當(dāng)前的semid_ds結(jié)構(gòu)。
- 使用semget得到一個(gè)信號(hào)量集，使用semctl設(shè)置信號(hào)量集中的信號(hào)量，那么對(duì)信號(hào)量集中的信號(hào)通過(guò)semop來(lái)進(jìn)行操作。
#include
int semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
semid標(biāo)識(shí)其操作的信號(hào)量集。
其中opsptr指向一個(gè)如下結(jié)構(gòu)的數(shù)組：
Struct sembuf{
Short sem_num; /* semaphore number: 0, 1, …., nsems-1 */
Short sem_op; /* semaphore operation: <0, 0, >0 */
Short sem_flag; /* semaphore flags : 0, IPC_NOWAITE, SEM_UNDO */
};
nops參數(shù)指出由opsptr指向的sembuf結(jié)構(gòu)數(shù)組中元素的數(shù)目。該數(shù)組中的生個(gè)元素給目標(biāo)信號(hào)量集內(nèi)某個(gè)特定的信號(hào)量指定一個(gè)操作。這個(gè)特定的信號(hào)量由sem)num指定，0代表第一個(gè)元素，1代表第二個(gè)元素，依次類推，直到nsems-1，其中nsems是目標(biāo)信號(hào)量集內(nèi)成員信號(hào)量的數(shù)目。
semop對(duì)信號(hào)的操作是由sem_op的值確定的，以下是對(duì)sem_op取值的分析：
- 、sem_op 為正數(shù)時(shí)，會(huì)把sem_op的值加到操作的信號(hào)量的信號(hào)值上。如果sem_flg被設(shè)置為IPC_UNDO，無(wú)論程序正常結(jié)束與否，都會(huì)把信號(hào)值重新設(shè)置為調(diào)用semop函數(shù)前得值。這對(duì)應(yīng)于進(jìn)程釋放占用的資源數(shù)。
- 、sem_op為負(fù)數(shù)時(shí)，如果要操作的信號(hào)量的值大于或者等于sem_op的絕對(duì)值，則從信號(hào)量值中加上sen_op的值。如果信號(hào)量值小于sem_op的絕對(duì)值，則有如下：
- 如果sem_flg的值為IPC_NOWAIT，那么semop出錯(cuò)，返回EAGAIN。
- 如果sem_flg沒有設(shè)置為IPC_NOWAIT，則該信號(hào)量的semncnt的值加1，然后此進(jìn)程掛起，直到此信號(hào)量的值大于sem_op的絕對(duì)值，才執(zhí)行semop操作；或者此信號(hào)量從系統(tǒng)中刪除，此時(shí)semop返回EIDRM；或者該掛起進(jìn)程捕捉到信號(hào)，從信號(hào)處理程序返回，此時(shí)，semop出錯(cuò)返回EINTR。
- 如果sen_op的值為0，則調(diào)用進(jìn)程希望等到該信號(hào)量值變成0。
- 、sem_op為0時(shí)，那么調(diào)用者希望等待到semval變?yōu)?。如果sem_op已經(jīng)是0，那就立即返回。
以下是利用信號(hào)量來(lái)進(jìn)行一個(gè)PV操作，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
//初始化信號(hào)量
int init_sem(int semid, int semval)
{
SYS_NUM semnu;
semnu.sem_val = semval;
if((semctl(semid, 0, SETVAL, semnu)) < 0)
{
perror("init_sem semctl");
return -1;
}
return 0;
}
//對(duì)信號(hào)量進(jìn)行p操作
int sem_p(int semid)
{
SYS_SEM sembu;
sembu.sem_num = 0;
sembu.sem_op = -1;
sembu.sem_flg = SEM_UNDO;
if((semop(semid, &sembu, 1)) < 0)
{
perror("sem_p semop");
return -1;
}
return 0;
}
//對(duì)信號(hào)量進(jìn)行v操作
int sem_v(int semid)
{
SYS_SEM sembu;
sembu.sem_num = 0;
sembu.sem_op = 1;
sembu.sem_flg = SEM_UNDO;
if((semop(semid, &sembu, 1)) < 0)
{
perror("sem_v semop");
return -1;
}
return 0;
}
//刪除信號(hào)量集
int del_sem(int semid)
{
if((semctl(semid, 0, IPC_RMID)) < 0)
{
perror("del_sem semctl");
return -1;
}
return 0;
}
總結(jié)：
信號(hào)量往往是用來(lái)同步的，保護(hù)共享內(nèi)存。
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發(fā)表于 2011-11-1 15:02:11
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