Linux多进程通信（2）——POSIX信号量使用例程

1.POSIX信号量

1）POSIX信号量和System V信号量区别
常用的是POSIX信号量，使用起来更加方便，而POSIX信号量分为有名信号量和无名信号量

POSIX信号量是多线程多进程安全的，而System V标准的信号量并不是，Posix通过sem_open单一的调用就完成了信号量的创建、初始化和权限的设置，而System V要两步。

POSIX无名信号量，非多进程共享时，相当于存放在进程的全局变量，进程结束则内存销毁，而若是有名信号量，则存在共享内存中，只要共享内存区存在，则信号灯就一直存在，这也是使用时经常发现sem_open调用失败的原因

POSIX信号量，用ls /dev/shm能看到，而System V信号量，则是使用ipcs -s查看。

2）无名信号量和有名信号量
有名信号量：可以在多进程间使用，多进程通过名字来打开同一个信号量，使用范围更广
无名信号量：一般在多线程使用，因为没有名字，所以没法在多进程中打开同一个信号量

2.信号量创建

1）有名信号量

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <semaphore.h>
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,mode_t mode, unsigned int value);

oflag：可取O_CREAT和O_EXCL，取O_CREAT时，表示要创建信号量，用O_CREAT时文件存在，就返回错误信息，一般会使用O_CREAT和O_EXCL一起，信号量不存在则创建，存在则报错
mode：读写权限，如0777
value：信号量初始值

2）无名信号量

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

sem：信号量指针
pshared：0，用于线程间（全局变量），非0用于进程间（共享内存）
value：信号量初始值

3.信号量销毁

1）有名信号量

#include <semaphore.h>
int sem_close(sem_t *sem); /// 信号量关闭
int sem_unlink(const char *name); ///信号量删除

信号量关闭并不等于删除。
进程会记录进程和信号的关系，调用sem_close时，会终止这种关联关系，信号量的进程数的引用计数减1，但即使通过调用sem_close将信号量计数到0，也不会删除！
而调用sem_unlink时，若引用计数不为0，则需要当所有打开该信号量的进程，都将信号量关闭，才会真正进行删除操作！

2）无名信号量

#include <semaphore.h>
int sem_destroy(sem_t *sem);

调用sem_destroy时，只有当所有进程都不再等待这个信号量时（需要用户确保！），才能安全销毁。

4.等待信号量

#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

若信号量计数大于0，则成功拿到信号量，信号量计数-1，可以访问共享资源，若信号量计数小于等于0，则无法拿到信号量，执行的进程会放到PCB等待队列。
sem_wait：阻塞等待信号量，拿到信号量再返回
sem_trywait：非阻塞尝试拿信号量，不阻塞。成功则返回0，失败返回EAGAIN
sem_timedwait：设定最大超时的阻塞式等待信号量，若不超时返回0，超过abs_timeout的等待时间，则返回-1， 并置errno为ETIMEOUT。

使用sem_timedwait的陷阱：

4.发布信号量

#include <semaphore.h>
int sem_post(sem_t *sem);

表示共享资源使用完毕，归还共享资源，使信号量计数+1
如果发布信号量之前， 信号量的值是0， 并且已经有进程或线程正等待在信号量上， 此时会有一个进程被唤醒， 被唤醒的进程会继续sem_wait函数的减1操作。如果有多个进程正等待在信号量上， 那么将无法确认哪个进程会被唤醒。如果发布信号量时，并没有进程在等待，则内核会维护这个计数，直到有人来取走信号量。
函数调用成功时， 返回0； 失败时， 返回-1， 并置errno。 当参数sem并不指向合法的信号量时， 置errno为EINVAL； 当信号量的值超过上限时， 置errno为EOVERFLOW。

5.例程

1）server.c

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

#define SEM_NAME "sem_test"
int main(int argc, char **argv)
{
    int iRet = 0;
    int iSemCnt = 0;
    sem_t *pSem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT|O_EXCL, 0777, 1);
    if (!pSem)
    {
        printf("server sem open failed\n");
        return -1;
    }
    sem_getvalue(pSem, &iSemCnt);
    printf("server begin for wait sem:%p, sem cnt:%d\n", pSem, iSemCnt);
    sem_wait(pSem);
    sem_getvalue(pSem, &iSemCnt);
    printf("server wait sem:%p success, sem cnt:%d\n", pSem, iSemCnt);

    sleep(5);
    sem_post(pSem);
    sem_getvalue(pSem, &iSemCnt);
    printf("server send sem:%p success, sem cnt:%d\n", pSem, iSemCnt);

    sleep(5);
    sem_close(pSem);
    sem_unlink(SEM_NAME);

    return 0;
}

2）client.c

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

#define SEM_NAME "sem_test"
int main(int argc, char **argv)
{
    int iRet = 0;
    int iSemCnt = 0;
    sem_t *pSem = sem_open(SEM_NAME, O_RDWR);
    if (!pSem)
    {
        printf("server sem open failed\n");
        return -1;
    }
    sem_getvalue(pSem, &iSemCnt);
    printf("client begin for wait sem:%p, sem cnt:%d\n", pSem, iSemCnt);
    sem_wait(pSem);
    sem_getvalue(pSem, &iSemCnt);
    printf("client wait sem:%p success, sem cnt:%d\n", pSem, iSemCnt);

    sleep(5);

    sem_close(pSem);
    printf("client close sem: success\n", pSem);

    return 0;
}

其中server在open打开信号量后，设置计数为1，并进行wait操作，之后延时5S发送信号量，这个信号量成功被client给拿到，打印等待成功。