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LINUX15--进程间的通信-信号量

news 2025/10/21 8:31:56

12.3信号量

在Linux中级开发中，信号量是进程间通信（IPC）的重要同步机制。下面我将详细总结信号量的核心知识点，帮助你全面掌握这一关键技术。

12.3.1信号量基本概念

信号量的本质

信号量是一种特殊的计数器，主要用于实现进程间的互斥与同步。它本身不用于传输数据，而是作为保护机制来控制对共享资源的访问。

核心特性

原子操作：P操作和V操作是原子性的，执行期间不会被中断

资源计数：信号量的值表示当前可用资源的数量

进程阻塞：当资源不足时，进程会被挂起等待

12.3.2 信号量工作原理

PV操作原语：

信号量的核心是两种原子操作：

P操作（等待/申请资源）

将信号量值减1

如果信号量值 ≥ 0，进程继续执行

如果信号量值 < 0，进程被阻塞，放入等待队列

V操作（发送/释放资源）

将信号量值加1

如果有进程在该信号量上等待，则唤醒一个进程

如果没有进程等待，信号量值保持正值

信号量值的含义

值 > 0：表示可用资源的数量

值 = 0：表示无可用资源，但无进程等待

值 < 0：其绝对值表示等待该资源的进程数量

12.3.3 信号量系统调用

1. semget - 创建/获取信号量

#include <sys/sem.h>int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

参数说明：

key ：信号量键值，可以使用 ftok() 生成或使用 IPC_PRIVAT E

nsems ：需要创建的信号量数量

semflg ：权限标志，如 IPC_CREAT | 0666

2. semop - 信号量操作

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

sembuf结构体

struct sembuf {short sem_num; // 信号量编号short sem_op; // 操作类型：-1(P操作), 1(V操作)short sem_flg; // 标志位，如SEM_UNDO};

3. semctl - 信号量控制

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

常用命令：

SETVAL ：设置信号量的值

GETVAL ：获取信号量的值

IPC_RMID ：删除信号量集

12.3.4 信号量的三种应用场景

1. 进程互斥（Mutex）

保证同一时刻只有一个进程可以访问临界资源。

实现步骤：

// 初始化信号量为1sem_t mutex = 1;// 进程进入临界区前P(mutex);// 临界区代码V(mutex);

2. 进程同步

控制进程的执行顺序，保证"一前一后"执行。

实现步骤：

// 初始化信号量为0sem_t sync = 0;// 前驱进程// 执行代码...V(sync); // 发送信号// 后继进程P(sync); // 等待信号// 执行代码...

3. 前驱关系

实现复杂的进程执行顺序控制。

12.3.5 实际代码示例

互斥信号量示例

#include <sys/sem.h>#include <stdio.h>// 定义联合体（某些Linux版本需要）union semun {int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;};int main() {int semid;key_t key = 1234;// 创建信号量semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);// 初始化信号量为1（互斥信号量）union semun arg;arg.val = 1;semctl(semid, 0, SETVAL, arg);// P操作struct sembuf p = {0, -1, SEM_UNDO};semop(semid, &p, 1);// 临界区代码printf("进程进入临界区\n");// V操作struct sembuf v = {0, 1, SEM_UNDO};semop(semid, &v, 1);return 0;}

使用注意事项

1. 信号量初始化：信号量创建后必须正确初始化，否则其值是不确定的。

2. SEM_UNDO标志：使用 SEM_UNDO 标志可以确保进程异常终止时，信号量值能够恢复，避免资源死锁。

3. 错误处理：所有信号量操作都应该检查返回值，确保程序的健壮性。

4. 资源清理：使用完毕后要及时删除信号量，防止资源泄漏。