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信号量集与共享内存

时间：2024-05-28 20:23:00浏览次数：25  
标签：共享内存 errno 信号量 sem include id

信号量集与共享内存

​ 今日练习：设计一个程序，作为进程A，进程A专门创建一个信号量集，要求信号量集中有1个信号量，对信号量集合中的信号量进行设置，要求集合中的信号量的初值为1，然后再设计2个程序，分别是进程B和进程C，要求进程B和进程C使用进程A创建的信号量集合中的信号量实现互斥访问。 提示：进程A、进程B、进程C需要使用共享内存作为临界资源的访问。
image

​ 1.我们在使用信号量集函数接口前首先得了解其中的结构体，如下

struct sembuf

{

unsigned short sem_num;

short sem_op;

short sem_flg;

}

1.1 semb.sem_num = 0，sem_num成员指的是信号量集中的信号量元素的下标，通过可以访问信号量集中的某个信号量，就相当于可以访问某种公共资源

1.2 semb.sem_op = -1，semb.sem_op成员指的是对选中的信号量的操作，常见的操作就是P/V操作，如果该成员是正整数，则表示释放信号量，相当于完成V操作。如果该成员是负整数则表示申请信号量，相当于完成P操作。如果该成员的值为0时，就称为等零操作，即阻塞等待直到对应的信号量元素的值为零
1.3 semb.sem_flg成员指的是操作的标志位，常见的标志位有IPC_NOWAIT和SEM_UNDO，不设置的话可以为0

​ 2.创建好一个信号量集之后，用户就可以对信号量集中的信号量资源进行PV操作，Linux系统提供了一个名字叫做semop()的函数，用户通过该函数可以实现对信号量进行申请或者释放。

目录

进程A

/*****************************************************************
*
*      file name ：main.c
*      authour   ：[email protected]
*      date      ：2024.05.28 
*      function  ：设计一个函数，用于创建一个共享内存以及一个信号量集。
*      note      ：为防止重复创建，需要先判断共享内存和信号量集是否存在。
*      CopyRight (c)   2024   [email protected]   All Right Reseverd
*
******************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/msg.h>
#include <features.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>


// 定义信号量联合体
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 main()
{
    // 创建共享内存对象
    int shm_id = shmget(ftok(".",6),512,0644|IPC_CREAT|IPC_EXCL);
    if(-1 == shm_id)
    {
        fprintf(stderr,"shmget error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        shm_id = shmget(ftok(".",6),512,0644);
        if(-1 == shm_id)
        {
            fprintf(stderr,"shmget error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
            return -1;
        }
    }
    
    // 映射共享内存
    int *shmmp = (int *)shmat(shm_id,NULL,0);
    if((void *)-1 == shmmp)
    {
        fprintf(stderr,"shmat error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }
    *shmmp = 0;
    //创建一个信号集
    int sem_id = semget(ftok(".",6),1,0644|IPC_CREAT);
    if(-1 == sem_id)
    {
        fprintf(stderr,"sem error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }
    printf("sem_id = %d\n",sem_id);
    union semun semn;    //定义一个信号量联合体 变量
    semn.val = 1;       //将信号量联合体中的val的值赋值为1
    semctl(sem_id,0,SETVAL,semn);        //通过semctl函数接口将信号量的值设为1
    while(1)
    sleep(1);
    
    return 0;
}

​ Linux系统内核需要对创建成功的信号量集进行维护，所以会记录每个信号量集的属性和信息，Linux系统提供了一个名称叫做semctl()的函数接口，用户可以调用该函数接口来实现设置信号量集的属性、获取信号量集的属性、删除信号量集等操作

进程B

设计一个函数，用于打开一个共享内存以及一个信号量集，并进行p/v操作，每次操作后对共享内存内的值加一，并打印。

/*****************************************************************
*
*      file name ：main.c
*      authour   ：[email protected]
*      date      ：2024.05.28 
*      function  ：设计一个函数，用于打开一个共享内存以及一个信号量集，并进行p/v操作，每次操作后对共享内存内的值加一，并打印。
*      note      ：为防止重复创建，需要先判断共享内存和信号量集是否存在。
*      CopyRight (c)   2024   [email protected]   All Right Reseverd
*
******************************************************************/

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/msg.h>
#include <features.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

/*1.semb.sem_num = 0	sem_num成员指的是信号量集中的信号量元素的下标，
*通过可以访问信号量集中的某个信号量，就相当于可以访问某种公共资源,semb.sem_op = -1
*2.semb.sem_op成员指的是对选中的信号量的操作，常见的操作就是P/V操作，如果该成员是正整数，则表示释放信号量，
*相当于完成V操作。如果该成员是负整数则表示申请信号量，相当于完成P操作。如果该成员的值为0时，就称为等零*
*操作，即阻塞等待直到对应的信号量元素的值为零
*3.semb.sem_flg成员指的是操作的标志位，常见的标志位有IPC_NOWAIT和SEM_UNDO，不设置的话可以为0
*/
int p(int sem_id,int sem_num)
{
    struct sembuf semb = {sem_num,-1,0};   
    semop(sem_id,&semb,1);
}

int v(int sem_id,int sem_num)
{
    struct sembuf semb = {sem_num,1,0};
    semop(sem_id,&semb,1);
}

int main()
{
    // 创建共享内存对象
    int shm_id = shmget(ftok(".",6),512,0644|IPC_CREAT|IPC_EXCL);
    if(-1 == shm_id)
    {
        fprintf(stderr,"shmget error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        shm_id = shmget(ftok(".",6),512,0644);
        if(-1 == shm_id)
        {
            fprintf(stderr,"shmget error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
            return -1;
        }
    }

    // 映射共享内存
    int *shmmp = (int *)shmat(shm_id,NULL,0);
    if((void *)-1 == shmmp)
    {
        fprintf(stderr,"shmat error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }
    
    int sem_id = semget(ftok(".",6),1,0644|IPC_CREAT);
    if(-1 == sem_id)
    {
        fprintf(stderr,"sem error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }
    printf("%d\n",shmmp[0]);

    //对共享内存的操作是先加锁，再解锁，更像是标志位-1为p操作，1是v操作
    while(1)
    {
        //p操作是原子操作无法打断，且当进行p操作时，sembuf结构体中的sem_op成员的值必须为-1
        p(sem_id,0);       
        // (*shmmp) = (*shmmp) + 1; //当p操作时，所以需要先加锁，再进行对共享内存的操作，将共享内存内的值加一

        // printf("%d\n",shmmp[0]);

        //v操作是原子操作无法打断，且当进行v操作时，sembuf结构体中的sem_op成员的值必须为1
        v(sem_id,0);
        (*shmmp) = (*shmmp) + 1;                 //当v操作时，所以需要先解锁，再进行对共享内存的操作，将共享内存内的值加一
        sleep(3);
        printf("%d\n",shmmp[0]);
    }
    
    return 0;
}

进程C

设计一个函数，用于打开一个共享内存以及一个信号量集，并进行p/v操作，每次操作后对共享内存内的值加一，并打印同时观看进程B打印出来的内容观察p/v操作的效果。

/*****************************************************************
*
*      file name ：main.c
*      authour   ：[email protected]
*      date      ：2024.05.28 
*      function  ：设计一个函数，用于打开一个共享内存以及一个信号量集，并进行p/v操作，每次操作后对共享内存内的值加一，并打印同时观看semb函数打印出来的内容观察p/v操作的效果。
*      note      ：为防止重复创建，需要先判断共享内存和信号量集是否存在。
*      CopyRight (c)   2024   [email protected]   All Right Reseverd
*
******************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/msg.h>
#include <features.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

int p(int sem_id,int sem_num)
{
    struct sembuf semb = {sem_num,-1,0};
    semop(sem_id,&semb,1);
}

int v(int sem_id,int sem_num)
{
    struct sembuf semb = {sem_num,1,0};
    semop(sem_id,&semb,1);
}
int main()
{
    char num[100];
    // 创建共享内存对象
    int shm_id = shmget(ftok(".",6),512,0644|IPC_CREAT|IPC_EXCL);
    if(-1 == shm_id)
    {
        fprintf(stderr,"shmget error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        shm_id = shmget(ftok(".",6),512,0644);
        if(-1 == shm_id)
        {
            fprintf(stderr,"shmget error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
            return -1;
        }
    }

    // 映射共享内存
    int *shmmp = (int *)shmat(shm_id,NULL,0);
    if((void *)-1 == shmmp)
    {
        fprintf(stderr,"shmat error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }
    
    int sem_id = semget(ftok(".",6),1,0644|IPC_CREAT);
    if(-1 == sem_id)
    {
        fprintf(stderr,"sem error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        //p操作是原子操作无法打断，且当进行p操作时，sembuf结构体中的sem_op成员的值必须为-1
        p(sem_id,0);       
        // (*shmmp) = (*shmmp) + 1;                //当p操作时，所以需要先加锁，再进行对共享内存的操作，将共享内存内的值加一
        // printf("%d\n",shmmp[0]);

        //v操作是原子操作无法打断，且当进行v操作时，sembuf结构体中的sem_op成员的值必须为1
        v(sem_id,0);
        (*shmmp) = (*shmmp) + 1;                 //当v操作时，所以需要先解锁，再进行对共享内存的操作，将共享内存内的值减一
        sleep(3);

        printf("%d\n",shmmp[0]);
    }

    return 0;
}

标签：共享内存,errno,信号量,sem,include,id
From： https://www.cnblogs.com/xiaobaibudongjiuwen/p/18218779

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