Linux进程间通信：IPC对象

作者：倪老师,华清远见嵌入式学院讲师。

一、信号灯概述

        信号灯与其他进程间通信方式不大相同，它主要提供对进程间共享资源访问控制机制。相当于内存中的标志，进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源，同时，进程也可以修改该标志。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。信号灯有以下两种类型：

● 二值信号灯：最简单的信号灯形式，信号灯的值只能取0或1，类似于互斥锁。  注：二值信号灯能够实现互斥锁的功能，但两者的关注内容不同。信号灯强调共享资源，只要共享资源可用，其他进程同样可以修改信号灯的值；互斥锁更强调进程，占用资源的进程使用完资源后，必须由进程本身来解锁。 ● 计数信号灯：信号灯的值可以取任意非负值（当然受内核本身的约束）。

二、Linux信号灯

● linux对信号灯的支持状况与消息队列一样。本文将主要介绍系统V（System V）信号灯及其相应API。在没有声明的情况下，以下讨论中指的都是系统V（System V）信号灯。 ● 注意，通常所说的系统V（System V）信号灯指的是计数信号灯集。

三、操作信号灯

对信号灯的操作无非有下面三种类型：

1、 打开或创建信号灯         与共享内存或消息队列的创建及打开基本相同，不再详述。

2、 信号灯值操作         linux可以增加或减少信号灯的值，相应于对共享资源的释放和占有。具体参见后面的semop系统调用。

3、信号灯API：         系统V（System V）消息队列API只有三个，使用时需要包括几个头文件：         #include         #include         #include

1） intsemget(key_t key, intnsems, intsemflg)

        参数key是一个键值，由ftok获得，唯一标识一个信号灯集，用法与msgget()中的key相同；参数nsems指定打开或者新创建的信号灯集中将包含信号灯的数目；semflg参数是一些标志位。参数key和semflg的取值，以及何时打开已有信号灯集或者创建一个新的信号灯集与msgget()中的对应部分相同，不再祥述。

        该调用返回与健值key相对应的信号灯集描述ID号。

        调用返回：成功返回信号灯集描述ID号，否则返回-1。

        注：如果key所代表的信号灯已经存在，且semget指定了IPC_CREAT|IPC_EXCL标志，那么即使参数nsems与原来信号灯的数目不等，返回的也是EEXIST错误；如果semget只指定了IPC_CREAT标志，那么参数nsems必须与原来的值一致，在后面程序实例中还要进一步说明。

2） intsemop(intsemid, structsembuf *sops, size_tnsops);

semid是信号灯集ID，sops指向数组的每一个sembuf结构都刻画一个在特定信号灯上的操作。nsops为要操作信号灯的个数。

sembuf结构如下：

        structsembuf {                 unsigned short sem_num;/* semaphore index in array */                 short sem_op;/* semaphore operation */                 short sem_flg; /* operation flags */         };

         sem_num对应信号集中的信号灯，0对应第一个信号灯。sem_flg可取IPC_NOWAIT以及SEM_UNDO两个标志。如果设置了SEM_UNDO标志，那么在进程结束时，相应的操作将被取消，这是比较重要的一个标志位。如果设置了该标志位，那么在进程没有释放共享资源就退出时，内核将代为释放。如果为一个信号灯设置了该标志，内核都要分配一个sem_undo结构来记录它，为的是确保以后资源能够安全释放。事实上，如果进程退出了，那么它所占用就释放了，但信号灯值却没有改变，此时，信号灯值反映的已经不是资源占有的实际情况，在这种情况下，问题的解决就靠内核来完成。这有点像僵尸进程，进程虽然退出了，资源也都释放了，但内核进程表中仍然有它的记录，此时就需要父进程调用waitpid来解决问题了。

        sem_op的值大于0，等于0以及小于0确定了对sem_num指定的信号灯进行的三种操作。具体请参考linux相应手册页。

        这里需要强调的是semop同时操作多个信号灯，在实际应用中，对应多种资源的申请或释放。semop保证操作的原子性，这一点尤为重要。尤其对于多种资源的申请来说，要么一次性获得所有资源，要么放弃申请，要么在不占有任何资源情况下继续等待，这样，一方面避免了资源的浪费；另一方面，避免了进程之间由于申请共享资源造成死锁。

        也许从实际含义上更好理解这些操作：信号灯的当前值记录相应资源目前可用数目；sem_op>0对应相应进程要释放sem_op数目的共享资源；sem_op=0可以用于对共享资源是否已用完的测试；sem_op>