UNIX网络编程卷二笔记 Posix信号量

忘是亡心i 2021-11-17 23:20 250阅读 0赞

# 第5章 Posix信号量 #

## 5.1 概述 ##

Posix信号量分为两种：

1.有名信号量：使用Posix IPC名字标识。

2.内存信号量：存放在共享内存区中。

Posix信号量不必在内核中维护（System V信号量由内核维护），由可能为路径名的名字来标识。

## 5.2 基本操作 ##

三种基本操作：

1.创建（create）：指定初始值。

2.等待（wait）：如果值小于等于0则阻塞，否则将其减一，又称P操作。

3.挂出（post）：将信号量的值加1，加后如果值大于0，则唤醒一个阻塞在等待上的线程，又称V操作。

二值信号量可用于互斥，就像互斥锁一样。但互斥锁必须由锁住它的线程解锁，信号量的挂出却不必由执行过等待的同一线程执行。

信号量的wait和post与条件变量的wait和signal类似，区别是：因为永久的改变了信号量的值，信号量的操作总被记住（会影响到后续的操作）；条件变量的signal如果没有线程在等待，该信号将丢失（对后续操作没有影响）。

互斥锁是为上锁而优化的，条件变量是为等待优化的，信号量既可以上锁也可以等待，因此开销更大。

## 5.3 Posix信号量操作 ##

<table style="border-top:medium none; border-right:medium none; border-collapse:collapse; border-bottom:medium none; border-left:medium none"> 
 <tbody> 
 <tr style=""> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> 有名信号量： </td> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> 内存信号量： </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> sem_open </td> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> sem_init：需要指定是否共享 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="2" style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:534.1pt; background-color:transparent"> sem_wait：原子的“测试并减1”操作 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="2" style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:534.1pt; background-color:transparent"> sem_trywait </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="2" style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:534.1pt; background-color:transparent"> sem_post：同步技巧中唯一能在信号处理函数内安全调用的操作 </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td colspan="2" style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:534.1pt; background-color:transparent"> sem_getvalue </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> sem_close </td> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> sem_destroy </td> 
 </tr> 
 <tr style=""> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> sem_unlink </td> 
 <td style="border-top:#f0f0f0; border-right:#f0f0f0; border-bottom:#f0f0f0; padding-bottom:0cm; padding-top:0cm; padding-left:5.4pt; border-left:#f0f0f0; padding-right:5.4pt; width:267.05pt; background-color:transparent"> &nbsp; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

即使当前没有进程打开信号量，它的值仍然保持，因此Posix有名信号量至少是随内核持续的。

在父进程中打开的任何信号量，fork后在子进程中仍打开。

## 5.4 生产者\-消费者问题 ##

这里的解决方案需要一个二值信号量、两个计数信号量：

1.mutex：二值信号量用于提供buffer的互斥访问。

2.nempty：初始为n的信号量，空槽位数。

3.nstored：初始为0，已填写的槽位数。

Posix允许sem\_wait检测死锁并返回EDEADLK错误，但很多实现都没有提供这一功能。

多个缓冲区问题是生产者\-消费者问题的变种。

## 5.5 内存信号量 ##

彼此无亲缘关系的进程间需使用信号量时，一般用有名信号量。如果不需要使用关联名字时，可改用内存信号量。

内存信号量需要放在共享内存区中，并由sem\_init函数初始化为shared状态才能被不同进程使用，这种情况下它的持续性与共享内存区相同。