C++通过信号量控制共享内存的读写

C++通过信号量控制共享内存的读写

作者：qiyuefeng11 博客  发布日期：2012-09-06 09:06:35

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Tag标签：信号量  共享内存  

• 信号量函数定义如下：

  #include <sys/sem.h>
  int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);
  int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
  int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);
  semop

  函数semop用来改变信号量的值：

  int semop(int sem_id, struct sembuf *sem_ops, size_t num_sem_ops);

  第一个参数，sem_id，是由semget函数所返回的信号量标识符。第二个参数，sem_ops，是一个指向结构数组的指针，其中的每一个结构至少包含下列成员：

  struct sembuf {
      short sem_num;
      short sem_op;
      short sem_flg;
  }

  第一个成员，sem_num，是信号量数目，通常为0，除非我们正在使用一个信号量数组。sem_op成员是信号量的变化量值。（我们可以以任何量改变信号量值，而不只是1）通常情况下中使用两个值，-1是我们的P操作，用来等待一个信号量变得可用，而+1是我们的V操作，用来通知一个信号量可用。

  最后一个成员，sem_flg，通常设置为SEM_UNDO。这会使得操作系统跟踪当前进程对信号量所做的改变，而且如果进程终止而没有释放这个信号量，如果信号量为这个进程所占有，这个标记可以使得操作系统自动释放这个信号量。将sem_flg设置为SEM_UNDO是一个好习惯，除非我们需要不同的行为。如果我们确实变我们需要一个不同的值而不是SEM_UNDO，一致性是十分重要的，否则我们就会变得十分迷惑，当我们的进程退出时，内核是否会尝试清理我们的信号量。

  semop的所用动作会同时作用，从而避免多个信号量的使用所引起的竞争条件。我们可以在手册页中了解关于semop处理更为详细的信息。
  www.

  semctl

  semctl函数允许信号量信息的直接控制：

  int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);

  第一个参数，sem_id，是由semget所获得的信号量标识符。sem_num参数是信号量数目。当我们使用信号量数组时会用到这个参数。通常，如果这是第一个且是唯一的一个信号量，这个值为0。command参数是要执行的动作，而如果提供了额外的参数，则是unionsemun，根据X/OPEN 规范，这个参数至少包括下列参数：

  union semun {
      int val;
      struct semid_ds *buf;
      unsigned short *array;
  }

  许多版本的Linux在头文件(通常为sem.h)中定义了semun联合，尽管X/Open确认说我们必须定义我们自己的联合。如果我们发现我们确实需要定义我们自己的联合，我们可以查看semctl手册页了解定义。如果有这样的情况，建议使用手册页中提供的定义，尽管这个定义与上面的有区别。

  有多个不同的command值可以用于semctl。在这里我们描述两个会经常用到的值。要了解semctl功能的详细信息，我们应该查看手册页。

  这两个通常的command值为：

  SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
  IPC_RMID：当信号量不再需要时用于删除一个信号量标识。

  semctl函数依据command参数会返回不同的值。对于SETVAL与IPC_RMID，如果成功则会返回0，否则会返回-1。

  
  信号量与共享内存的共同使用例子：

  write 端：

   

  view sourceprint?

  01.#include <stdio.h>

  02.#include <stdlib.h>

  03.#include <string.h>

  04.#include <sys/types.h>

  05.#include <sys/ipc.h>

  06.#include <sys/shm.h>

  07.#include <errno.h>

  08.#include "sem.h"

  09. 

  10.typedef struct

  11.{

  12.char buf[1024];

  13.}memory;

  14. 

  15.int main(int argc, const char *argv[])

  16.{

  17.key_t key;

  18.memory *p = NULL;

  19.int shmid;

  20.int create_flag = 0;

  21.int sem_id;

  22.if ((key = ftok(".", 'a')) < 0)

  23.{

  24.perror("failed to get key");

  25.exit(-1);

  26.}

  27. 

  28.if ((sem_id = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)

  29.{

  30.if (errno == EEXIST)

  31.{

  32.if ((sem_id = semget(key, 1, 0666)) < 0)

  33.{

  34.perror("failed to semget");

  35.exit(-1);

  36.}

  37.}

  38.}

  39. 

  40.init_sem(sem_id, 0);

  41.if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)

  42.{

  43.if (errno == EEXIST)

  44.{

  45.if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666)) < 0)

  46.{

  47.perror("failed to shmget memory");

  48.exit(-1);

  49.}

  50.}

  51.else

  52.{

  53.perror("failed to shmget");

  54.exit(-1);

  55.}

  56.}

  57.else

  58.create_flag = 1;

  59.if ((p = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)(-1))

  60.{

  61.perror("failed to shmat memory");

  62.exit(-1);

  63.}

  64.while(1)

  65.{

  66.printf(">");

  67.fgets(p->buf, sizeof(p->buf), stdin);

  68.p->buf[strlen(p->buf) - 1] = 0;

  69.sem_v(sem_id);

  70.if (strncmp(p->buf, "quit", 4) == 0)

  71.break;

  72.}

  73. 

  74.if (create_flag == 1)

  75.{

  76.if (shmdt(p) < 0)

  77.{

  78.perror("failed to shmdt memory");

  79.exit(-1);

  80.}

  81. 

  82.if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)

  83.{

  84.perror("failed to delete share memory");

  85.exit(-1);

  86.}

  87.delete_sem(sem_id);

  88.}

  89.return 0;

  90.}
  
  

  read 端：

   

  view sourceprint?

  01.#include <stdio.h>

  02.#include <stdlib.h>

  03.#include <string.h>

  04.#include <sys/types.h>

  05.#include <sys/ipc.h>

  06.#include <sys/shm.h>

  07.#include <errno.h>

  08.#include "sem.h"

  09. 

  10.typedef struct

  11.{

  12.char buf[1024];

  13.}memory;

  14. 

  15.int main(int argc, const char *argv[])

  16.{

  17.key_t key;

  18.int shmid;

  19.memory *p = NULL;

  20.int create_flag = 0;

  21.int sem_id;

  22.if ((key = ftok(".", 'a')) < 0)

  23.{

  24.perror("failed to get key");

  25.exit(-1);

  26.}

  27.if ((sem_id = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)

  28.{

  29.if (errno == EEXIST)

  30.{

  31.if ((sem_id = semget(key, 1, 0666)) < 0)

  32.{

  33.perror("failed to semget");

  34.exit(-1);

  35.}

  36.}

  37.}

  38.init_sem(sem_id, 0);

  39. 

  40.if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)

  41.{

  42.if (errno == EEXIST)

  43.{

  44.if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666)) < 0)

  45.{

  46.perror("failed to create share memory");

  47.exit(-1);

  48.}

  49.}

  50.else

  51.{

  52.perror("failed to shmget");

  53.exit(-1);

  54.}

  55.}

  56.else

  57.create_flag = 1;

  58. 

  59.if ((p = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)(-1))

  60.{

  61.perror("failed to shmat");

  62.exit(-1);

  63.}

  64. 

  65.while(1)

  66.{

  67.sem_p(sem_id);

  68.if (strncmp(p->buf, "quit", 4) == 0)

  69.break;

  70.printf("recv: %s\n", p->buf);

  71. 

  72.}

  73. 

  74.if (create_flag == 1)

  75.{

  76.if (shmdt(p) < 0)

  77.{

  78.perror("failed to shmdt");

  79.exit(-1);

  80.}

  81. 

  82.if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)

  83.{

  84.perror("failed to delete share memory");

  85.exit(-1);

  86.}

  87.delete_sem(sem_id);

  88.}

  89.return 0;

  90.}
  
  

  信号量的封装：

   

  view sourceprint?

  01.#include <stdio.h>

  02.#include <stdlib.h>

  03.#include <sys/types.h>

  04.#include <sys/ipc.h>

  05.#include <sys/sem.h>

  06.#include <unistd.h>

  07. 

  08.void init_sem(int , int );

  09.void delete_sem(int );

  10.void sem_p(int );

  11.void sem_v(int );

  12. 

  13.union semun

  14.{

  15.int val;

  16.struct semid_ds *buf;

  17.unsigned short *array;

  18.};

  19. 

  20.void init_sem(int sem_id, int init_value)

  21.{

  22.union semun sem_union;

  23.sem_union.val = init_value;

  24. 

  25.if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) < 0)

  26.{

  27.perror("failed to init_sem");

  28.exit(-1);

  29.}

  30.return ;

  31.}

  32. 

  33.void delete_sem(int sem_id)

  34.{

  35.union semun sem_union;

  36.if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) < 0)

  37.{

  38.perror("failed to delete_sem");

  39.exit(-1);

  40.}

  41.return ;

  42.}

  43.void sem_p(int sem_id)

  44.{

  45.struct sembuf sem_b;

  46.sem_b.sem_num = 0;

  47.sem_b.sem_op = -1;

  48.sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;

  49.if (semop(sem_id, &sem_b, 1) < 0)

  50.{

  51.perror("failed to sem_p");

  52.exit(-1);

  53.}

  54.return;

  55.}

  56.void sem_v(int sem_id)

  57.{

  58.struct sembuf sem_b;

  59.sem_b.sem_num = 0;

  60.sem_b.sem_op = 1;

  61.sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;

  62. 

  63.if (semop(sem_id, &sem_b, 1) < 0)

  64.{

  65.perror("failed to sem_v");

  66.exit(-1);

  67.}

  68.return ;

  69.}