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信号量的操作——semop函数

2012-01-14  rookie
    函数:int semop(int id , struct sembuf array[], nops);
 
    信号量
    优点:比文件锁有优势,效率不是高那么一点,起码不用打开文件关闭文件这些耗时间的工作。
    缺点:一旦锁定,若在解锁之前出现程序崩溃等segment fault问题,将直接导致锁定的信号量无法恢复,形成永久占用。文件锁则没有这个问题,进程的退出将导致文件描述符关闭,在该描述符上进行的锁定操作就自行解除了。
 
    办法解决:在加锁的时候会有一个UNDO的设置,也就是在调用semop的时候指定操作结构体当中可以放置一个UNDO参数,
 
    通常都是这样去调用的:
        semop(iSemID, &stLocksem, 1);


    其中stLocksem就是定义的一个操作结构体,原型为:
        struct sembuf{
            unsighed  short  sem_num;
            short            sem_op;
            short            sem_flg;
        };

        一般定义为:
        struct sembuf stLocksem={0, -1, SEM_UNDO} , stUnlocksem={0, 1, SEM_UNDO};
 
    这样的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。
 
    不过有个问题:
    对于SEM_UNDO来说,内核记录的信息是跟进程相关的。一个进程在lock的时候设置一个UNDO,那么对应该进程的UNDO计数就多一个,unlock的时候
    设置一个UNDO,那么计数就减一个。对于临界区互斥的应用而言,lock和unlock都是在一个进程当中完成,于是UNDO可以切实发挥作用。
    然而,如果是一个进程lock,而另一个进程unlock,那么使用UNDO就不起作用了,而且由于都是单边操作,导致UNDO计数对单一进程而言,
    只朝一个方向发展,最后必定是超过内核限制值,这时会出现ERANGE的错误。

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   信号量的值与相应资源的使用情况有关,当它的值大于 0 时,表示当前可用的资源数的数量;当它的值小于 0 时,其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。信号量的值仅能由 PV 操作来改变。

     在 Linux 下,PV 操作通过调用semop函数来实现。该函数定义在头文件 sys/sem.h中,原型如下:
     int  semop(int  semid,struct sembuf  *sops,size_t nsops);
     函数的参数 semid 为信号量集的标识符;参数 sops 指向进行操作的结构体数组的首地址;参数 nsops 指出将要进行操作的信号的个数。semop 函数调用成功返回 0,失败返回 -1。
     semop 的第二个参数 sops 指向的结构体数组中,每个 sembuf 结构体对应一个特定信号的操作。因此对信号量进行操作必须熟悉该数据结构,该结构定义在 linux/sem.h,如下所示:
     struct  sembuf{
         unsigned short   sem_num;      //信号在信号集中的索引,0代表第一个信号,1代表第二个信号  
         short            sem_op;      //操作类型
         short            sem_flg;    //操作标志
     };
    下面详细介绍一下 sembuf 的几个参数:
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  • sem_op 参数
                    sem_op > 0          信号加上 sem_op 的值,表示进程释放控制的资源;

                    sem_op = 0          如果没有设置 IPC_NOWAIT,则调用进程进入睡眠状态,直到信号                                         量的值为0;否则进程不回睡眠,直接返回 EAGAIN

                    sem_op < 0          信号加上 sem_op 的值。若没有设置 IPC_NOWAIT ,则调用进程阻
                                        塞,直到资源可用;否则进程直接返回EAGAIN
  • sem_flg 参数
         该参数可设置为 IPC_NOWAIT 或 SEM_UNDO 两种状态。只有将 sem_flg 指定为 SEM_UNDO 标志后,semadj (所指定信号量针对调用进程的调整值)才会更新。   此外,如果此操作指定SEM_UNDO,系统更新过程中会撤消此信号灯的计数(semadj此操作可以随时进行---它永远不会强制等待过程调用进程必须有改变信号量集权限
         sem_flg公认标志是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO如果操作指定SEM_UNDO将会自动撤消该进程终止
       标准操作程序操作数组的顺序执行、原子的,那就是,该操作要么作为一个完整的单元,要么如果不是所有操作都可以立即执行的系统调用行为取决于个人sem_flg领域IPC_NOWAIT标志存在
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        对信号量最基本的操作就是进行PV操作,而System V信号量正是通过 semop 函数和 sembuf 结构体的数据结构来进行PV操作的。
        当 sembuf 的第二个数据结构 sem_op 设置为负数时,是对它进行P操作,即减1操作;当设置为正数时,就是进行V操作,即加1操作。
      
        下面举一个对一个信号量集中的某个信号进行 PV 操作的函数实现:
         
        //P操作函数
        int  sem_p( int semid, int index )
        {
                  struct  sembuf  buf  = { 0, -1, IPC_NOWAIT};
                  
                  if ( index < 0 )
                  {
                                 perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );
                                 return  -1;
                  }
                  buf.sem_num = index;
                  if ( semop ( semid, &buf, 1) == -1)
                  {
                                perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );
                                return  -1;
                  }
                  return  0;
        }

        //V操作函数
        int  sem_p( int semid, int index )
        {
                  struct  sembuf  buf  = { 0, 1, IPC_NOWAIT};
                  
                  if ( index < 0 )
                  {
                                 perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );
                                 return  -1;
                  }
                  buf.sem_num = index;
                  if ( semop ( semid, &buf, 1) == -1)
                  {
                                perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );
                                return  -1;
                  }
                  return  0;
        }

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