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信号量概念
定义
操作
类型
应用
信号量封装
一、创建信号量
头文件
函数原型
参数说明
返回值
示例
二、设置信号量初始值
头文件
函数原型
参数解释
返回值
示例
三、信号量的P操作
头文件
函数原型
参数解释
返回值
示例
四、信号量的V操作
示例
信号量概念
定义
信号量是一种用于多进程 / 线程同步的整数变量，用于控制对共享资源的访问。凡是遇到内存操作就可以实现加锁。
操作
P 操作：信号量值减 1，若值小于 0 则进程阻塞，否则继续执行。
V 操作：信号量值加 1，若有进程阻塞则唤醒一个。
类型
二进制信号量：值为 0 或 1，用于互斥访问。
计数信号量：值为非负整数，控制多资源访问。
应用
互斥访问：确保同一时间只有一个进程 / 线程访问共享资源。
资源管理：控制对多个相同资源的并发访问。
进程同步：保证进程或线程按顺序执行。
信号量封装
1、创建/获取信号量
2、设置初始值，一般为1
3、P操作
4、V操作
一、创建信号量
semctl 是一个在 Unix 和类 Unix 系统中用于控制信号量集的系统调用函数。
头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>函数原型
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);参数说明
key：唯一标识。
nsems：要创建的信号量集中信号量的数量。
semflg：标志位，用于指定创建信号量集的权限和其他选项。它可以是以下值的组合：
IPC_CREAT：如果信号量集不存在，则创建它。
IPC_EXCL：与IPC_CREAT一起使用，如果信号量集已经存在，则返回错误。权限标志（如
0666）：指定信号量集的访问权限。
返回值
成功时，返回一个非负整数，即信号量集的标识符（semaphore identifier），后续的信号量操作将使用这个标识符。
失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。
示例
int sem_create(key_t key, int num_sems)
{int res = 0;res = semget(key, num_sems, IPC_CREAT | 0666);if (res < 0){perror("semget error");}return res;
}二、设置信号量初始值
semctl 是类 Unix 系统中用于控制信号量集的一个系统调用，借助它能够对信号量集进行多种操作，例如设置信号量的值、获取信号量的值、删除信号量集等。
头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>函数原型
int semctl(int semid, int semindex, int cmd, ...);
参数解释
semid：信号量集的标识符，由semget函数返回，用于指定要操作的信号量集。
semindex：为第几个信号量设置值。
cmd：要执行的命令，常见的命令如下：
SETVAL：把单个信号量的值设置为传入的参数值。
GETVAL：获取单个信号量的值。
SETALL：设置信号量集中所有信号量的值。
GETALL：获取信号量集中所有信号量的值。
IPC_RMID：删除信号量集。
...：这是可选参数，依据cmd的不同而有所不同。在使用SETVAL或SETALL时，需要传入对应的参数值。通常使用union semun类型的变量来传递该参数，union semun的定义如下：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(Linux-specific) */ };
返回值
成功时，依据 cmd 的不同返回不同的值。例如，GETVAL 命令返回信号量的值，IPC_RMID 命令成功时返回 0。
失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。
示例
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(Linux-specific) */
};int sem_setval(int semid, int semindex, int val)
{union semun arg;arg.val = val;int res = semctl(semid, semindex, SETVAL, arg);if (res < 0){perror("semctl error");}return res;
}三、信号量的P操作
semop 是类 Unix 系统中用于对信号量集进行操作的系统调用，它允许进程原子性地对一个或多个信号量进行改变，常用于实现进程间的同步和互斥。
头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
函数原型
int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
参数解释
semid：信号量集的标识符，由semget函数返回，用于指定要操作的信号量集。
sops：一个指向struct sembuf类型数组的指针，struct sembuf结构体定义了对信号量的具体操作，其结构如下：struct sembuf {unsigned short sem_num; // 信号量集中信号量的编号，从 0 开始short sem_op; // 对信号量的操作值short sem_flg; // 操作标志 };
sem_num：指定要操作的信号量在信号量集中的编号。
sem_op：表示对信号量的操作值，有以下几种情况：若
sem_op为正数，则表示释放相应数量的资源，信号量的值会增加sem_op。若
sem_op为负数，则表示请求相应数量的资源，信号量的值会减少sem_op。若信号量当前值小于|sem_op|，则进程可能会阻塞，具体取决于sem_flg。若
sem_op为 0，则表示等待信号量的值变为 0。
sem_flg：操作标志，常用的标志有：
IPC_NOWAIT：若操作不能立即执行，则不阻塞，直接返回错误。
SEM_UNDO：当进程终止时，系统会自动撤销该进程对信号量的操作。
nsops：sops数组中元素的个数，即要执行的操作数量。
返回值
成功时，返回 0。
失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。
示例
// 3、信号量的P操作
int sem_p(int semid, int semindex)
{int res = 0;struct sembuf buf = { semindex,-1,SEM_UNDO };res = semop(semid, &buf, 1);if (res < 0){perror("sem_p error");}return res;
}四、信号量的V操作
v操作唯一的变化就是从-1变成+1
示例
// 4、信号量的V操作
int sem_v(int semid, int semindex)
{int res = 0;struct sembuf buf = { semindex,1,SEM_UNDO };res = semop(semid, &buf, 1);if (res < 0){perror("sem_p error");}return res;
}