[置顶] 进程间通信(IPC)之信号量

★IPC方法包括管道（PIPE）、消息队列（Message_Queue）、信号量（semaphore）、共用内存

（ShareMemory）以及套接字（Socket）。进程间通信主要包括了管道、系统IPC（包括了消息队列、信号以

及共享存储）、套接字（SOCKET）。此文将探讨信号量机制的相关内容。

★信号量：

信号量不以传输数据为目的，其本质是一种数据操作锁，本身不具有数据交换的功能，而是通过控制其他的通信

资源（例如文件、外设等）来实现进程间通信，只是一种外部资源的标志。信号量在此过程中负责数据操作的互斥，

同步等功能。其建立和初始化的过程不能保证均是基于原子层面的操作。

在此之前，须引出同步和互斥的有关概念。


①临界资源：不同进程访问的同一资源称为临界资源。

②临界区：两个或多个进程访问临界资源的代码称为临界区。


★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★                   1.    什么是互斥                          ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

     多进程环境下，若一个进程已进入临界区访问临界资源时，其他进程不得进入临界区。该进程独自享有临界区全

部临界资源，对于其他进程具有强烈的排斥性。这种只允许一个执行流访问临界资源的情形称为互斥。

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★



★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★                      2.     什么是同步                           ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

    在多执行流访问临界资源时，对某一执行流频繁访问临界资源而长时间享有独占性时，对于较之不频繁访问临

界资源的执行流来说要等待的时间过久，所以互斥虽能保证各进程进入临界区访问临界资源时的数据正确性，但却并

非最高效的方法。所以在互斥基础上，访问临界区的临界资源时各进程产生一定的访问顺序，这种顺序性称为同步。

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

⑴表示过程：当请求一个使用信号量来表示的资源时，进程需要先读取信号量的值来判断资源是否可用。大于0，资

源可以请求，等于0，无资源可用，进程会进入睡眠状态直至资源可用。

⑵工作原理：由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号，即P(sv)和V(sv)。P(sv)：如果sv的值大于

零，就将其减一；如果它的值为零，就挂起该进程的执V(sv)：如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运

行，如果没有进程因等待sv而挂起，就将其加1。

★linux为信号量机制提供了许多关于信号量操作的函数，这些函数用来对成组的信号量进行操作，其声明在头文件

<sys/sem.h>中。

注：从上图可以看出，在sem_structure中也有关于struct_ipc_perm的结构体成员（红框部分），这说明信号量同

样是IPC下的进程间通信方式之一。 注：虽说信号量的本质不具有数据交换的功能，但是其在进程间通信中负责数据

操作的互斥及同步的功能，从这一点上来看，信号量也是进程间通信的一种方式，只是它不像管道，消息队列、共享

内存那样严格。

★在这众多的关于信号量的操作函数中，semctl是比较特殊且尤为重要的函数。

▲semctl()在semid标识的信号量集上，或者该集合的第semnum个信号量上执行cmd指定的控制命令(信号量集合

索引起始于零)。根据cmd不同，这个函数有三个或四个参数。当有四个参数时，第四个参数的类型是union。见下

图（红线部分）：

★通过信号量机制的设置让终端的父子进程分别输出A和B字符时交叉显示。

代码：

①comm.h：声明所涉及的函数的接口。

注：可以看到，该文件中不仅定义了semctl函数中的联合体（粘贴过来的），并且还定义了信号量的创建，获取，清

除，初始化及重置，以及P和V操作的接口函数。

②comm.c：对.h文件中声明的函数接口的具体实现。

           

③test_sem.c：主函数---------->测试用例                      

                                                  

④Makefile：程序的自动化编译

注：主函数中用到了usleep控制等待毫秒数量级，sleep输出长串字符太慢，因为要短时看到父子进程输出的字符是

否是按规律先后输出（有无交叉），所以通过usleep缩短时间，其值是随便给的，并无规定。

运行结果：