信号量Semaphore

了解5个概念

信号量本质上是一个计数器，用来表示公共资源中资源的数量。信号量能为用户预定资源。

公共资源：被多个进程同时访问的资源。可以作为一个整体来使用，也可以划分成为一个一个的子资源来使用。

背景：比如通过共享内存进行通信，由于这块公共资源不受保护，就会出现数据不一致的问题。

我们将保护起来的公共资源称为临界资源，进程有对应的代码来访问这部分临界资源，代码所在的地址空间称为临界区。<==>与之对应的就有非公共资源（每个进程独立，有专属的资源），用于访问自己内部资源的代码称为非临界区。

保护的方法之一：互斥，就是当一个进程正在访问这块公共资源时，其他进程不能访问。

要么不做，要么就是做完，只有两态，称为原子性。如转账，要么转账成功，要么没成功余额不变。

信号量就是原子式的同步和互斥的保护方法，计数器，不过不能用全局变量来实现，因为不同的进程是看不到这个全局变量的，就算是父子进程也不行，会发生写时拷贝。

PV操作

P操作 sem++;预定资源
V操作 sem--;释放资源

所有进程在访问公共资源前，都必须先申请sem信号量，只有成功了，才能进去–>前提是所有进程必须先看到同一个信号量–>信号量本身就是公共资源–>而信号量要保护其他资源，首先是保护自己，要保证自身操作的安全性–>信号量的++和–操作是原子的

二元信号量有互斥功能：当sem的初始值为1时，表示这个临界资源是当作整体来使用的，一个进程申请了，其他进程就无法申请，这就是互斥。sem=1表示二元信号量。

函数接口

`semget()`函数申请systemV信号量

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
功能：用来创建信号量所在的共享内存
原型int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
参数key:ftok()函数返回值，是共享内存段名字，保证该块信号量的唯一性nsems:需要申请信号量的个数，>0 & <=最大申请值。为0时，就不申请semflg:由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的IPC_CREAT 如果信号量不存在，就创建；存在，则返回地址IPC_EXCL 无法单独使用，要与IPC_CREATE一起用。如果信号量不存在，就创建；如果存在，就出错返回-->如果创建成功，就一定是一个新的信号量
返回值申请成功，返回信号量集标识符；申请失败，返回-1

`semop()`函数 PV操作-预定/释放资源

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
功能：用于预定/释放资源
原型int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
参数semid:semget函数的返回值sops:同时对几个信号量进行操作，就传几个指针nsops:同时对几个信号量进行操作，就为几
返回值成功返回0；失败返回-1

struct sembuf {unsigned short sem_num;  /* semaphore number 对你申请的多个信号量中的某一个进行操作*/short          sem_op;   /* semaphore operation 一般有2个值，1表示对信号量++；-1表示对信号量--*/short          sem_flg;  /* operation flags */
}

`semctl()`函数释放/查看信号量

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
功能：用于控制信号量所在的共享内存
原型int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
参数semid:semget函数的返回值semnum:对某块信号量进行操作cmd:将要采取的动作IPC_STAT:把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值IPC_ET:在进程有足够权限的前提下，把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds数据结构中给出的值IPC_INFO:SEM_INFO:IPC_RMID:删除共享内存段
返回值成功返回对应的值；失败返回-1

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 */};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 */};

systemV-共享内存/消息队列/信号量这三个IPC方式，接口相似度非常高，申请都是shmget/msgget/semget，控制都是shmctl/msgctl/semctl，收发消息共享内存直接拷贝，消息队列有个msgsnd/msgrcv，信号量是pv操作semop。数据结构均是struct shmid_ds{ struct ipc_perm shm_perm; }/struct msgid_ds{ struct ipc_perm msg_perm; }/struct semid_ds{ struct ipc_perm sem_perm; }，都是使用key来标识资源的唯一性。

故OS通过struct ipc_perm* perms[];`这个指针数组来维护，创建共享内存/消息队列/信号量后，把结构体struct …_ds{}中的第一个成员依次填到这个指针数组，又因为在数字上结构体的第一个成员地址和结构体对象本身的地址是一样的，只不过类型不一样。==>使用perms数组指向了不同类型的对象，也管理好了不同资源！拿出数组中的数据只要强制类型转换，就能访问其他属性。

IPC资源的组织方式，

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