Linux多进程和多线程(七)进程间通信-信号量

进程间通信之信号量

资源竞争

多个进程竞争同一资源时，会发生资源竞争。
资源竞争会导致进程的执行出现不可预测的结果。

临界资源

不允许同时有多个进程访问的资源, 包括硬件资源 (CPU、内存、存储器以及其他外
围设备) 与软件资源(共享代码段、共享数据结构)

临界区

多个进程共享的资源被称为临界资源，
这些资源被保护在一个临界区中，
只有进入临界区的进程才能访问临界资源。

信号量

信号量是一种进程间通信机制，用于协调对共享资源的访问。

多进程对stdout资源的竞争

//多进程对stdout资源的竞争#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main(){pid_t cpid;cpid = fork();//创建子进程if(cpid < 0){printf("fork error\n");//fork失败exit(EXIT_FAILURE);//EXIT_FAILURE表示程序运行失败} else if(cpid == 0){//子进程while(1){printf("------------------------\n");printf("C Start.\n");sleep(1);printf("C End.\n");printf("------------------------\n");}} else{//父进程while(1){printf("------------------------\n");printf("P Start.\n");sleep(1);printf("P End.\n");printf("------------------------\n");}wait(NULL); //等待子进程结束}return 0;
}

代码的输出混乱:

------------------------
P Start.
------------------------
C Start.
P End.
------------------------
C End.
------------------------
------------------------
P Start.
------------------------
C Start.
P End.
C End.
------------------------
------------------------

同步和互斥

互斥

互斥是指进程独占资源，使得其他进程无法访问该资源。

同步

同步是指进程间通信，用于协调进程的执行。
同步在互斥的基础上增加了进程对临界资源的访问顺序
进程主要的同步与互斥手段是信号量

信号量

信号量,由内核维护的整数,其值被限制为大于或等于0;
信号可以执行一下操作:

  • 将信号量设置成一个具体的值;
  • 在信号量当前的基础上加上一个数值;
  • 在信号量当前值的基础上减上一个数值;
  • 等待信号量的值为0;

一般信号量分为

  • 二值信号量:一般指的是信号量值为1,可以理解为只对应一个资源
  • 计数信号量:一般指的是值大于等于2,可以理解为对应多个资源

在linux系统中使用ipcs -s 查询系统中信号量

创建信号量集合

调用 semget() 函数

函数头文件:

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

函数功能:创建一个信号量集合;

函数参数:

  • key: 信号量集合的键值, 用于标识信号量集合;由ftok()函数生成;
  • nsems: 信号量集合中信号量的个数;
  • semflg: 信号量集合的标志位, 用于设置信号量集合的属性;
    • IPC_CREAT: 如果key对应的信号量集合不存在, 则创建新的信号量集合;
    • IPC_EXCL: 如果key对应的信号量集合已经存在, 则返回-1;
    • 权限标志

函数返回值:

  • 成功: 返回信号量集合的ID;
  • 失败: 返回-1, 并设置errno;
//多进程对stdout资源的竞争#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>#define MSG_PATH "/home/gopher"
#define MSG_ID 88
int main(){key_t key;//通过文件路径和ID生成key,key= ftok(MSG_PATH,MSG_ID);if(key==-1){printf("ftok()");exit(EXIT_FAILURE);}//创建信号量集合,包含了一个信号量,编号为0int semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);if(semid==-1){printf("semget()");exit(EXIT_FAILURE);}return 0;
}

创建出一个信号量集合,包含了一个信号量,编号为0

在这里插入图片描述

初始化信号量

调用 semctl() 函数

函数头文件:

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ... /* arg */ );

函数功能:对信号量集合中的信号量进行操作;根据cmd 决定当前函数的功能;

函数参数:

  • semid: 信号量集合的ID;
  • semnum: 信号量的编号;编号从0开始;
  • cmd: 信号量操作命令;
    • SETVAL：设置信号量的值。
    • GETPID：返回最后一个执行 semop 操作的进程的PID。
    • GETVAL：返回指定信号量的值。
    • GETALL：返回信号量集中所有信号量的值。
    • GETNCNT：返回正在等待信号量增加的进程数。
    • GETZCNT：返回正在等待信号量变为零的进程数。
    • SETALL：设置信号量集中所有信号量的值。
    • IPC_STAT：获取信号量集的状态信息。
    • IPC_SET：设置信号量集的状态信息。
    • IPC_RMID：删除信号量集。
  • … :是属于可变参参数列表,根据不同的命令有不同的参数;

函数返回值:

  • 成功: 根据不同的cmd, 返回不同的结果;

  • GETPID：返回等待最后一个 semop 操作的进程的 PID。

    GETVAL：返回指定信号量的值。
    ls
    GETALL：如果成功，返回 0。

    GETNCNT：返回正在等待增加信号量值的进程数量。

    GETZCNT：返回正在等待信号量值为零的进程数量。

    IPC_STAT：如果成功，返回 0。

    IPC_SET：如果成功，返回 0。

    IPC_RMID：如果成功，返回 0。

    SETVAL：如果成功，返回 0。

    SETALL：如果成功，返回 0。

  • 失败: 返回-1, 并设置errno;

//多进程对stdout资源的竞争#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>#define MSG_PATH "/home/gopher"
#define MSG_ID 88union semun{int val;
};
int main(){key_t key;//通过文件路径和ID生成key,key= ftok(MSG_PATH,MSG_ID);if(key==-1){printf("ftok()");exit(EXIT_FAILURE);}//创建信号量集合,包含了一个信号量,编号为0int semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);if(semid==-1){printf("semget()");exit(EXIT_FAILURE);}union semun s;//定义一个联合体,用于设置信号量的值s.val=1;//设置信号量的值为1int ret=semctl(semid,0,SETVAL,s);//设置semid信号集中的第编号为0的信号量的值为1if(ret==-1){printf("semctl()");exit(EXIT_FAILURE);}return 0;
}

信号量操作

  • 信号量可以进⾏以下操作:
    • 对信号量的值加 1
    • 对信号量的值减 1
    • 等待信号量的值为 0

调用 semop() 函数

函数头文件:

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

函数功能:对信号量集合中的信号量进行操作;

函数参数:

  • semid: 信号量集合的ID;
  • sops: 信号量操作结构体指针
  • nsops: 信号量操作结构体的个数;

函数返回值:

  • 成功: 返回 0;
  • 失败: 返回-1, 并设置errno;

struct sembuf *sops: 信号量操作结构体指针

struct sembuf
{unsigned short int sem_num;//信号量编号,从0开始short int sem_op;	        //信号量操作//-1:占用资源// +1:释放资源// 0:等待资源short int sem_flg;		//信号量操作标志位//IPC_NOWAIT:非阻塞,在信号量的值为0时,立即返回// SEM_UNDO:在进程终止时,会自动释放信号量
};

信号量集合删除

调用 semctl() 函数 ,设置命令为 IPC_RMID

在使用 semctl() 函数删除信号量集合时,需要注意第三个参数会被忽略

信号量互斥应用

使用信号量实现进程间互斥,同一时间只有一个进程访问临界资源

1.创建sem.h

#ifndef _mySEM_H_
#define _mySEM_H_
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>//创建信号量集
int sem_create(int names,unsigned short value[]);
//占用信号量
int sem_p(int semid,int semnum);
//释放信号量
int sem_v(int semid,int semnum);
//删除信号量集
int sem_delete(int semid);#endif /* _SEM_H_ */

2.创建sem.c

#include "sem.h"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) */};//创建信号量集
//@param names 信号量集的个数
//@param value 信号量集的初始值
//@return 成功返回信号量集的id，失败返回-1
int sem_create(int names,unsigned short value[]){key_t key;//创建keykey= ftok(".",88);if (key == -1){perror("ftok");return -1;}//创建信号量集int semid;semid = semget(key,names,IPC_CREAT|0666);//参数:key,信号量集的个数,权限if (semid == -1){perror("semget");return -1;}union semun s; //定义union semuns.array = value;//将value数组赋值给union semun的array成员//初始化信号量集int ret=semctl(semid,0,SETALL,s);//这个操作将value数组中的值设置到信号量集中if (ret == -1){perror("semctl");return -1;}return semid;}//占用信号量
//@param semid 信号量集的id
//@param semnum 信号量的编号
int sem_p(int semid,int semnum){struct sembuf sem_b;//定义一个信号量操作结构体sem_b.sem_num=semnum;//信号量编号sem_b.sem_op= -1;//占用资源sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;//在进程终止时,会自动释放信号量//操作1个信号量,如果操作多个信号量,需要创建sembuf结构体的数组int r= semop(semid,&sem_b,1); //失败返回-1,并设置errno   return r;
}
//释放信号量
int sem_v(int semid,int semnum){struct sembuf sem_b;//定义一个信号量操作结构体sem_b.sem_num=semnum;//信号量编号sem_b.sem_op= 1;//释放资源sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;//在进程终止时,会自动释放信号量int r= semop(semid,&sem_b,1); //操作1个信号量,如果操作多个信号量,需要创建sembuf结构体的数组//失败返回-1,并设置errno   return r;
}
//删除信号量集
int sem_delete(int semid){int r= semctl(semid,0,IPC_RMID); //删除信号量集return r;
}

3.创建main.c

// 多进程对stdout资源的竞争#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include "sem.h"
int main()
{int semid;// 信号量IDunsigned short values[] = {1};// 信号量初始值semid = sem_create(1, values);if(semid == -1 ){printf("sem_create error\n");exit(EXIT_FAILURE);}pid_t cpid;// 子进程IDcpid = fork(); // 创建子进程if (cpid < 0){printf("fork error\n"); // fork失败exit(EXIT_FAILURE);     // EXIT_FAILURE表示程序运行失败}else if (cpid == 0){ // 子进程while (1){sem_p(semid,0);printf("------------------------\n");printf("C Start.\n");sleep(1);printf("C End.\n");printf("------------------------\n");sem_v(semid,0);}}else{ // 父进程while (1){sem_p(semid,0);printf("------------------------\n");printf("P Start.\n");sleep(1);printf("P End.\n");printf("------------------------\n");sem_v(semid,0);}wait(NULL); // 等待子进程结束}return 0;
}

4.编译运行


------------------------
P Start.
P End.
------------------------
------------------------
C Start.
C End.
------------------------
------------------------
P Start.
P End.
------------------------
------------------------
C Start.
C End.
----------

信号量同步应用

同步在互斥的基础上增加了进程对临界资源的访问顺序
进程主要的同步与互斥手段是信号量

示例:

创建⽗⼦进程，输出 “ABA” 字符串，具体需求如下:
⽗进程 输出 A
⼦进程 输出 B
⽗进程 输出 A ，输出换⾏
能够循环输出 “ABA” 字符

基本思路:

通过创建⼀个信号量集合，包含 2 个信号量，⼀个信号量 编号为 0
（SEM_CONTROL_P）控制⽗进程的运⾏与暂停，⼀个信号量 编号为 1
（SEM_CONTROL_C） 控制⼦进程的运⾏与暂停

// 多进程对stdout资源的竞争#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include "sem.h"#define SEM_C = 1
#define SEM_P = 0
// todo 创建一个信号量集合,集合中两个信号量,信号量0的值是1,信号量1的值是0;
int main()
{int semid;                         // 信号量IDunsigned short values[2] = {1, 0}; // 信号量初始值// todo 创建一个信号量集合,集合中两个信号量,信号量编号0的值是1,信号量编号1的值是0;semid = sem_create(2, values);if (semid == -1){printf("sem_create error\n");exit(EXIT_FAILURE);}pid_t cpid; // 子进程IDcpid = fork(); // 创建子进程if (cpid < 0){printf("fork error\n"); // fork失败exit(EXIT_FAILURE);     // EXIT_FAILURE表示程序运行失败}else if (cpid == 0){ // 子进程while (1){sem_p(semid, 1); //?占用信号量编号1,信号量编号1的值初始是0 ,在这里阻塞,等待父进程操作printf("B");fflush(stdout); // 刷新缓冲sem_v(semid, 0); //!释放信号量编号0,信号量编号0的值 0=>1,此时父进程不再阻塞,第二次占用0}}else{ // 父进程while (1){//@param semid 信号量集的id//@param semnum 信号量的编号sem_p(semid, 0); //?占用信号量编号0,信号量编号0的值 1=>0printf("A");fflush(stdout);  // 刷新缓冲sem_v(semid, 1); //?释放信号量编号1,信号量编号1的值 0=>1,此时子进程不再阻塞sem_p(semid, 0); //!第二次占用信号量编号0,信号量编号0的值是0,在这里阻塞,等待子进程的操作printf("A\n");fflush(stdout);  // 刷新缓冲sem_v(semid, 0);sleep(1);}wait(NULL); // 等待子进程结束}return 0;
}
0的值 0=>1,此时父进程不再阻塞,第二次占用0}}else{ // 父进程while (1){//@param semid 信号量集的id//@param semnum 信号量的编号sem_p(semid, 0); //?占用信号量编号0,信号量编号0的值 1=>0printf("A");fflush(stdout);  // 刷新缓冲sem_v(semid, 1); //?释放信号量编号1,信号量编号1的值 0=>1,此时子进程不再阻塞sem_p(semid, 0); //!第二次占用信号量编号0,信号量编号0的值是0,在这里阻塞,等待子进程的操作printf("A\n");fflush(stdout);  // 刷新缓冲sem_v(semid, 0);sleep(1);}wait(NULL); // 等待子进程结束}return 0;
}

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.xdnf.cn/news/1473851.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系一条长河网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

【HTML入门】第二课 - head标签下的常见标签们

【HTML入门】第二课 - head标签下的常见标签们

目录 1 本节概要 2 head下的常见标签 2.1 网页编码设置 2.2 网页的标题 2.3 样式标签 3 head标签的内容不会显示到网页上 4 查看网页源代码 1 本节概要 上一节&#xff0c;我们说了HTML网页最基本的框架标签&#xff0c;说到标签分为head头部和body身体部分。这一小节呢…
阅读更多...
baomidou多数据源切换注解@DS没有效果

baomidou多数据源切换注解@DS没有效果

baomidou多数据源切换注解DS没有效果 <dependency><groupId>com.baomidou</groupId><artifactId>dynamic-datasource-spring-boot-starter</artifactId><version>3.1.1</version> </dependency> ##原因 方法上有Transaction…
阅读更多...
代理模式的实现

代理模式的实现

1. 引言 1.1 背景 代理模式&#xff08;Proxy Pattern&#xff09;是一种常用的设计模式&#xff0c;它允许通过一个代理对象来控制对另一个对象的访问。在面向对象编程的框架中&#xff0c;代理模式被广泛应用&#xff0c;尤其在Spring框架的AOP&#xff08;面向切面编程&am…
阅读更多...
Mongodb oplog的作用及如何评估和更改保留时间

Mongodb oplog的作用及如何评估和更改保留时间

作者介绍&#xff1a;老苏&#xff0c;10余年DBA工作运维经验&#xff0c;擅长Oracle、MySQL、PG数据库运维&#xff08;如安装迁移&#xff0c;性能优化、故障应急处理等&#xff09; 公众号&#xff1a;老苏畅谈运维 欢迎关注本人公众号&#xff0c;更多精彩与您分享。oplog …
阅读更多...
【论文解读】AGENTLESS：揭开基于LLM的软件工程代理的神秘面纱，重塑软件工程自动化新基线

【论文解读】AGENTLESS：揭开基于LLM的软件工程代理的神秘面纱，重塑软件工程自动化新基线

&#x1f4dc; 文献卡 英文题目: Agentless: Demystifying LLM-based Software Engineering Agents;作者: Chunqiu Steven Xia; Yinlin Deng; Soren Dunn; Lingming ZhangDOI: 10.48550/arXiv.2407.01489摘要翻译: 大型语言模型&#xff08;LLM&#xff09;的最新进展显著推进…
阅读更多...
Python + OpenCV 开启图片、写入储存图片

Python + OpenCV 开启图片、写入储存图片

这篇教学会介绍OpenCV 里imread()、imshow()、waitKey() 方法&#xff0c;透过这些方法&#xff0c;在电脑中使用不同的色彩模式开启图片并显示图片。 imread() 开启图片 使用imread() 方法&#xff0c;可以开启图片&#xff0c;imread() 有两个参数&#xff0c;第一个参数为档…
阅读更多...
基于顺序表的通讯录实现

基于顺序表的通讯录实现

一、前言 基于已经学过的顺序表&#xff0c;可以实现一个简单的通讯录。 二、通讯录相关头文件 //Contact.h #pragma once#define NAME_MAX 20 #define TEL_MAX 20 #define ADDR_MAX 20 #define GENDER_MAX 20typedef struct PersonInfo {char name[NAME_MAX];char gender[G…
阅读更多...
Hugging face Transformers（2）—— Pipeline

Hugging face Transformers（2）—— Pipeline

Hugging Face 是一家在 NLP 和 AI 领域具有重要影响力的科技公司&#xff0c;他们的开源工具和社区建设为NLP研究和开发提供了强大的支持。它们拥有当前最活跃、最受关注、影响力最大的 NLP 社区&#xff0c;最新最强的 NLP 模型大多在这里发布和开源。该社区也提供了丰富的教程…
阅读更多...
C++友元函数和友元类的使用

C++友元函数和友元类的使用

1.友元介绍 在C++中，友元（friend）是一种机制，允许某个类或函数访问其他类的私有成员。通过友元，可以授予其他类或函数对该类的私有成员的访问权限。友元关系在一些特定的情况下很有用，例如在类之间共享数据或实现特定的功能。 友元可以分为两种类型：类友元和函数友元。…
阅读更多...
高级计算机体系结构--期末教材复习

高级计算机体系结构--期末教材复习

Chap2 性能评测和并行编程性能评测并行编程为什么需要三次 barrier改进方法 Chap3 互连网络交换和路由二维网格中 XY 路由 死锁、活锁及饿死死锁避免的方法&#xff1a;虚通道、转弯模型二维网格中最小 西向优先、北向最后和负向优先算法转弯模型&#xff1a;超立方体的部分自适…
阅读更多...
前端面试题19（vue性能优化）

前端面试题19（vue性能优化）

Vue.js应用的性能优化是一个多方面的过程&#xff0c;涉及初始化加载、运行时渲染以及用户交互等多个环节。以下是一些关键的Vue性能优化策略&#xff0c;包括详细的说明和示例代码&#xff1a; 1. 懒加载组件 对于大型应用&#xff0c;可以使用懒加载来减少初始加载时间。Vu…
阅读更多...
JavaWeb----JSPJSTL

JavaWeb----JSPJSTL

目录 JSP显隐注释在JSP中写java程序JSP的指令标签JSP中的四大域对象简易版用户登录EL表达式 JSTL条件动作标签if标签 choose\when\otherwise标签迭代标签格式化动作标签 用户登录实例查看是否安装了mysql用户登录界面后台实现 JSP JSP全名是Java Server Pages&#xff0c;它是建…
阅读更多...
电机控制杂谈——增量式的预测电流控制的优势在哪？

电机控制杂谈——增量式的预测电流控制的优势在哪？

1.前言 前几天看到这么个问题。“模型预测控制如何消除静态误差” 评论说用增量式的预测控制。 这个回答让我想起来我大四下看的这篇论文。现在都一百多被引用了。 但是苦于当时能力有限&#xff0c;没办法复现这个文章。 所以现在想重新验证一下。 2.静态误差和电机磁链有…
阅读更多...
[CP_AUTOSAR]_分层软件架构_内容详解

[CP_AUTOSAR]_分层软件架构_内容详解

目录 1、软件分层内容1.1、Microcontroller Abstraction Layer1.2、ECU Abstraction Layer1.2.1、I/O HW Abstraction1.2.2、Communication Hardware Abstraction1.2.3、Memory Hardware Abstraction1.2.4、Onboard Device Abstraction1.2.5、Crypto Hardware Abstraction 1.3、…
阅读更多...
Apache Seata分布式事务启用Nacos做配置中心

Apache Seata分布式事务启用Nacos做配置中心

本文来自 Apache Seata官方文档&#xff0c;欢迎访问官网&#xff0c;查看更多深度文章。 本文来自 Apache Seata官方文档&#xff0c;欢迎访问官网&#xff0c;查看更多深度文章。 Seata分布式事务启用Nacos做配置中心 Seata分布式事务启用Nacos做配置中心 项目地址 本文作…
阅读更多...
便携式气象站：探索自然的智慧伙伴

便携式气象站：探索自然的智慧伙伴

在探索自然奥秘、追求科学真理的道路上&#xff0c;气象数据始终是我们不可或缺的指引。然而&#xff0c;传统的气象站往往庞大而笨重&#xff0c;难以在偏远地区或移动环境中灵活部署。 便携式气象站&#xff0c;顾名思义&#xff0c;是一种小巧轻便、易于携带和安装的气象观测…
阅读更多...
VitePress美化

VitePress美化

参考资料&#xff1a; https://blog.csdn.net/weixin_44803753/article/details/130903396 https://blog.csdn.net/qq_30678861/category_12467776.html 站点信息修改 首页部分的修改基本都在.vitepress/config.mts,这个文件内修改。 title 站点名称 description 描述 top…
阅读更多...
Vben：表格的表头和表格的内容对不齐，以及解决方法

Vben：表格的表头和表格的内容对不齐，以及解决方法

文章目录 一、问题描述二、解决方法 一、问题描述 基于Vue-Vbne-admin框架进行前端开发的时候&#xff0c;调用表格useTable函数实现表格之后&#xff0c;发现表格的表头和表格的内容对不齐。如下图所示。针对这种情况&#xff0c;本文记录了解决方法。 调用的模块如下&#x…
阅读更多...
【力扣 - 每日一题】3099. 哈沙德数 | 模拟 (Go/C++)

【力扣 - 每日一题】3099. 哈沙德数 | 模拟 (Go/C++)

题目内容 如果一个整数能够被其各个数位上的数字之和整除&#xff0c;则称之为 哈沙德数&#xff08;Harshad number&#xff09;。给你一个整数 x 。如果 x 是 哈沙德数 &#xff0c;则返回 x 各个数位上的数字之和&#xff0c;否则&#xff0c;返回 -1 。 示例 1&#xff1…
阅读更多...
使用 ESP32-WROOM + DHT11 做个无屏温湿度计

使用 ESP32-WROOM + DHT11 做个无屏温湿度计

最近梅雨天&#xff0c;有个房间湿度很大&#xff0c;而我需要远程查看温湿度&#xff0c;所以无所谓有没有显示屏&#xff0c;某宝上的温湿度计都是带屏的&#xff0c;如果连WIFI查看温湿度操作也比较麻烦&#xff0c;还需要换电池&#xff0c;实在不能满足我的需求&#xff0…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023