信号量的操作——semop函数

rookie 2012-01-14

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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的过程。调用进程必须有改变信号量集的权限。

sem_flg公认的标志是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。如果操作指定SEM_UNDO，它将会自动撤消该进程终止时。

在标准操作程序中的操作是在数组的顺序执行、原子的，那就是，该操作要么作为一个完整的单元，要么不。如果不是所有操作都可以立即执行的系统调用的行为取决于在个人sem_flg领域的IPC_NOWAIT标志的存在。
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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};