linux进程间通信--信号量相关函数（semget、semop、semctl）详解

曾经终败给现在 2022-06-03 05:57 493阅读 0赞

信号量函数由semget、semop、semctl三个函数组成。下面的表格列出了这三个函数的函数原型及具体说明。

#### 1.   semget函数原型 ####

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; max-width:100%; background-color:transparent"> 
 <tbody style=""> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="3" style=""> semget(得到一个信号量集标识符或创建一个信号量集对象) </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 所需头文件 </td> 
 <td colspan="2" style=""> #include &lt;sys/types.h&gt; #include &lt;sys/ipc.h&gt; #include &lt;sys/sem.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数说明 </td> 
 <td colspan="2" style=""> 得到一个信号量集标识符或创建一个信号量集对象并返回信号量集标识符 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数原型 </td> 
 <td colspan="2" style=""> int semget(key_t key, int nsems, int semflg) </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数传入值 </td> 
 <td style=""> key </td> 
 <td style=""> 0(IPC_PRIVATE)：会建立新信号量集对象 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 大于0的32位整数：视参数semflg来确定操作，通常要求此值来源于ftok返回的IPC键值 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> nsems </td> 
 <td style=""> 创建信号量集中信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> msgflg </td> 
 <td style=""> 0：取信号量集标识符，若不存在则函数会报错 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> IPC_CREAT：当semflg&amp;IPC_CREAT为真时，如果内核中不存在键值与key相等的信号量集，则新建一个信号量集；如果存在这样的信号量集，返回此信号量集的标识符 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> IPC_CREAT|IPC_EXCL：如果内核中不存在键值与key相等的信号量集，则新建一个消息队列；如果存在这样的信号量集则报错 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数返回值 </td> 
 <td colspan="2" style=""> 成功：返回信号量集的标识符 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="2" style=""> 出错：-1，错误原因存于error中 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 附加说明 </td> 
 <td colspan="2" style=""> 上述semflg参数为模式标志参数，使用时需要与IPC对象存取权限（如0600）进行|运算来确定信号量集的存取权限 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 错误代码 </td> 
 <td colspan="2" style=""> EACCESS：没有权限 EEXIST：信号量集已经存在，无法创建 EIDRM：信号量集已经删除 ENOENT：信号量集不存在，同时semflg没有设置IPC_CREAT标志 ENOMEM：没有足够的内存创建新的信号量集 ENOSPC：超出限制 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果用semget创建了一个新的信号量集对象时，则semid\_ds结构成员变量的值设置如下：

sem\_otime设置为0。

sem\_ctime设置为当前时间。

msg\_qbytes设成系统的限制值。

sem\_nsems设置为nsems参数的数值。

semflg的读写权限写入sem\_perm.mode中。

sem\_perm结构的uid和cuid成员被设置成当前进程的有效用户ID，gid和cuid成员被设置成当前进程的有效组ID。

#### 2.   semop函数原型 ####

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; max-width:100%; background-color:transparent"> 
 <tbody style=""> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="2" style=""> semop(完成对信号量的P操作或V操作) </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 所需头文件 </td> 
 <td style=""> #include &lt;sys/types.h&gt; #include &lt;sys/ipc.h&gt; #include &lt;sys/sem.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数说明 </td> 
 <td style=""> 对信号量集标识符为semid中的一个或多个信号量进行P操作或V操作 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数原型 </td> 
 <td style=""> int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops) </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数传入值 </td> 
 <td style=""> semid：信号量集标识符 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> sops：指向进行操作的信号量集结构体数组的首地址，此结构的具体说明如下： struct sembuf { &nbsp;&nbsp;&nbsp; short semnum; /*信号量集合中的信号量编号，0代表第1个信号量*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp; short val;/*若val&gt;0进行V操作信号量值加val，表示进程释放控制的资源 */ /*若val&lt;0进行P操作信号量值减val，若(semval-val)&lt;0（semval为该信号量值），则调用进程阻塞，直到资源可用；若设置IPC_NOWAIT不会睡眠，进程直接返回EAGAIN错误*/ &nbsp;&nbsp;/*若val==0时阻塞等待信号量为0，调用进程进入睡眠状态，直到信号值为0；若设置IPC_NOWAIT，进程不会睡眠，直接返回EAGAIN错误*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp; short flag;&nbsp; /*0 设置信号量的默认操作*/ /*IPC_NOWAIT设置信号量操作不等待*/ /*SEM_UNDO 选项会让内核记录一个与调用进程相关的UNDO记录，如果该进程崩溃，则根据这个进程的UNDO记录自动恢复相应信号量的计数值*/ &nbsp; }; </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> nsops：进行操作信号量的个数，即sops结构变量的个数，需大于或等于1。最常见设置此值等于1，只完成对一个信号量的操作 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数返回值 </td> 
 <td style=""> 成功：返回信号量集的标识符 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 出错：-1，错误原因存于error中 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 错误代码 </td> 
 <td style=""> E2BIG：一次对信号量个数的操作超过了系统限制 EACCESS：权限不够 EAGAIN：使用了IPC_NOWAIT，但操作不能继续进行 EFAULT：sops指向的地址无效 EIDRM：信号量集已经删除 EINTR：当睡眠时接收到其他信号 EINVAL：信号量集不存在,或者semid无效 ENOMEM：使用了SEM_UNDO，但无足够的内存创建所需的数据结构 ERANGE：信号量值超出范围 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

sops为指向sembuf数组，定义所要进行的操作序列。下面是信号量操作举例。

struct sembuf sem\_get=\{0,-1,IPC\_NOWAIT\}; /\*将信号量对象中序号为0的信号量减1\*/

struct sembuf sem\_get=\{0,1,IPC\_NOWAIT\};  /\*将信号量对象中序号为0的信号量加1\*/

struct sembuf sem\_get=\{0,0,0\};           /\*进程被阻塞，直到对应的信号量值为0\*/

flag一般为0，若flag包含IPC\_NOWAIT，则该操作为非阻塞操作。若flag包含SEM\_UNDO，则当进程退出的时候会还原该进程的信号量操作，这个标志在某些情况下是很有用的，比如某进程做了P操作得到资源，但还没来得及做V操作时就异常退出了，此时，其他进程就只能都阻塞在P操作上，于是造成了死锁。若采取SEM\_UNDO标志，就可以避免因为进程异常退出而造成的死锁。

#### 3.   semctl函数原型 ####

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; max-width:100%; background-color:transparent"> 
 <tbody style=""> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="3" style=""> semctl (得到一个信号量集标识符或创建一个信号量集对象) </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 所需头文件 </td> 
 <td colspan="2" style=""> #include &lt;sys/types.h&gt; #include &lt;sys/ipc.h&gt; #include &lt;sys/sem.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数说明 </td> 
 <td colspan="2" style=""> 得到一个信号量集标识符或创建一个信号量集对象并返回信号量集标识符 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数原型 </td> 
 <td colspan="2" style=""> int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg) </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数传入值 </td> 
 <td style=""> semid </td> 
 <td style=""> 信号量集标识符 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> semnum </td> 
 <td style=""> 信号量集数组上的下标，表示某一个信号量 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> cmd </td> 
 <td style=""> 见下文表15-4 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> arg </td> 
 <td style=""> union semun { &nbsp;&nbsp; short val;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/*SETVAL用的值*/ &nbsp;&nbsp; struct semid_ds* buf; /*IPC_STAT、IPC_SET用的semid_ds结构*/ &nbsp;&nbsp; unsigned short* array; /*SETALL、GETALL用的数组值*/ &nbsp;&nbsp; struct seminfo *buf;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/*为控制IPC_INFO提供的缓存*/ &nbsp; } arg; </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 函数返回值 </td> 
 <td colspan="2" style=""> 成功：大于或等于0，具体说明请参照表15-4 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="2" style=""> 出错：-1，错误原因存于error中 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 附加说明 </td> 
 <td colspan="2" style=""> semid_ds结构见上文信号量集内核结构定义 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 错误代码 </td> 
 <td colspan="2" style=""> EACCESS：权限不够 EFAULT：arg指向的地址无效 EIDRM：信号量集已经删除 EINVAL：信号量集不存在，或者semid无效 EPERM：进程有效用户没有cmd的权限 ERANGE：信号量值超出范围 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

表15-4 semctl函数cmd形参说明表

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; max-width:100%; color:rgb(69,69,69); font-family:&quot;PingFang SC&quot;,&quot;Microsoft YaHei&quot;,SimHei,Arial,SimSun; font-size:16px"> 
 <tbody style=""> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> 命令 </td> 
 <td style=""> 解&nbsp;&nbsp; 释 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> IPC_STAT </td> 
 <td style=""> 从信号量集上检索semid_ds结构，并存到semun联合体参数的成员buf的地址中 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> IPC_SET </td> 
 <td style=""> 设置一个信号量集合的semid_ds结构中ipc_perm域的值，并从semun的buf中取出值 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> IPC_RMID </td> 
 <td style=""> 从内核中删除信号量集合 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> GETALL </td> 
 <td style=""> 从信号量集合中获得所有信号量的值，并把其整数值存到semun联合体成员的一个指针数组中 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> GETNCNT </td> 
 <td style=""> 返回当前等待资源的进程个数 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> GETPID </td> 
 <td style=""> 返回最后一个执行系统调用semop()进程的PID </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> GETVAL </td> 
 <td style=""> 返回信号量集合内单个信号量的值 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> GETZCNT </td> 
 <td style=""> 返回当前等待100%资源利用的进程个数 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> SETALL </td> 
 <td style=""> 与GETALL正好相反 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style=""> SETVAL </td> 
 <td style=""> 用联合体中val成员的值设置信号量集合中单个信号量的值 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

4. 信号量应用程序举例

sem.c源代码如下：

\#include <stdio.h>

\#include <sys/types.h>

\#include <sys/ipc.h>

\#include <sys/sem.h>

union semun \{

int val; /\* value for SETVAL \*/

struct semid\_ds \*buf; /\* buffer for IPC\_STAT, IPC\_SET \*/

unsigned short \*array; /\* array for GETALL, SETALL \*/

struct seminfo \*\_\_buf; /\* buffer for IPC\_INFO \*/

\};

/\*\*\*对信号量数组semnum编号的信号量做P操作\*\*\*/

int P(int semid, int semnum)

struct sembuf sops=\{semnum,-1, SEM\_UNDO\};

return (semop(semid,&sops,1));

/\*\*\*对信号量数组semnum编号的信号量做V操作\*\*\*/

int V(int semid, int semnum)

struct sembuf sops=\{semnum,+1, SEM\_UNDO\};

return (semop(semid,&sops,1));

int main(int argc, char \*\*argv)

int key ;

int semid,ret;

union semun arg;

struct sembuf semop;

int flag ;

key = ftok("/tmp", 0x66 ) ;

if ( key < 0 )

perror("ftok key error") ;

return -1 ;

/\*\*\*本程序创建了三个信号量，实际使用时只用了一个0号信号量\*\*\*/

semid = semget(key,3,IPC\_CREAT|0600);

if (semid == -1)

perror("create semget error");

return ;

if ( argc == 1 )

arg.val = 1;

/\*\*\*对0号信号量设置初始值\*\*\*/

ret =semctl(semid,0,SETVAL,arg);

if (ret < 0 )

perror("ctl sem error");

semctl(semid,0,IPC\_RMID,arg);

return -1 ;

/\*\*\*取0号信号量的值\*\*\*/

ret =semctl(semid,0,GETVAL,arg);

printf("after semctl setval  sem\[0\].val =\[%d\]\\n",ret);

system("date") ;

printf("P operate begin\\n") ;

flag = P(semid,0)  ;

if ( flag )

perror("P operate error") ;

return -1 ;

printf("P operate end\\n") ;

ret =semctl(semid,0,GETVAL,arg);

printf("after P sem\[0\].val=\[%d\]\\n",ret);

system("date") ;

if ( argc == 1 )

sleep(120) ;

printf("V operate begin\\n") ;

if (V(semid, 0) < 0)

perror("V operate error") ;

return -1 ;

printf("V operate end\\n") ;

ret =semctl(semid,0,GETVAL,arg);

printf("after V sem\[0\].val=%d\\n",ret);

system("date") ;

if ( argc >1 )

semctl(semid,0,IPC\_RMID,arg);

return 0 ;

①    编译 gcc sem.c –o sem。

②    在一窗口执行./sem，执行结果如下：

after semctl setval  sem\[0\].val =\[1\]

2011年 01月 11日 星期二 10:08:11 CST

P operate begin

P operate end

after P sem\[0\].val=\[0\]

2011年 01月 11日 星期二 10:08:11 CST

V operate begin

V operate end

after V sem\[0\].val=0

2011年 01月 11日 星期二 10:10:11 CST

③    然后在另一窗口中执行./sem test1，执行结果如下：

after semctl setval  sem\[0\].val =\[0\]

2011年 01月 11日 星期二 10:08:36 CST

P operate begin

P operate end

after P sem\[0\].val=\[0\]

2011年 01月 11日 星期二 10:10:11 CST

V operate begin

V operate end

after V sem\[0\].val=1

2011年 01月 11日 星期二 10:10:11 CST

摘录自《深入浅出Linux工具与编程》

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