进程同步与互斥-PPT精选

#include<sys/types.h>
#include<linux/sem.h>
int mutexid;
//定义信号量标识
int main()
{
int chld,i,j;
/*定义数据结构*/
struct sembuf P,V;
union semun arg;
/*创建只含有一个互斥信号量元素的信号量集*/
/* operation flags */
};
其中的参数含义如下所示：
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2.对信号量的P、V操作
⑴．信号量的sem_num值标明它是信号量集的第几个元素，第一个信号量为0，第二 个为1，依次类推。
⑵．semop确定对sem_num指定的信号量采取何种操作，它可以为负数、正数和零。
在实验中，使用该系统调用实现P、V操作，使用格式为：
struct sembuf P,V; semop(semid, &P, 1); semop(semid, &V, 1);
//对信号量semid执行P操作 //对信号量semid执行V操作
2019/10/2893．信号量集的控制函数
命令格式： int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union
semflg——当key值不为IPC_PRIVATE：
①．若只设置semflag的IPC_CREAT位，则创建一个信号量集，如果该信号量集已 经存在，则返回其标识符
②．若设置semflag的IPC_CREAT|IPC_EXCL位，则创建一个新的信号量集，如果 该key值的信号量集已经存在则返回错误信息
③．只设置IPC_EXCL位而不设置IPC_CREAT位没有任何意义。
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1.创建一个新的信号量集或获取一个已经存在的信号量集
实验中，使用该调用创建一个只含一个信号 量的信号量集，格式为：
semid=semget(IPC_PRIVATE,1, IPC_CREAT|0666);
其中的IPC_PRIVATE可以使用具体的整型 数值取代。
进程同步与互斥
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Linux提供下列3个有关信号量的系统调用函数：
semget() semop() semctl()
下面分别予以介绍。
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1.创建一个新的信号量集或获取一个已经存在的信号量集
命令格式：
int semget(key_t key, int nsems, int semflg)；
semctl(mutexid,IPC_RMID,0); //撤消信号量
exit(0);
}
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else {
} }
//子进程返回
j=1;
while(j<=3)
//循环3次
{
sleep(1);
semop(mutexid,&P,1); //进入临界区前执行P操作
printf("chld in\n");
semun arg)；
返回值： 操作成功返回：根据cmd的不同返回需要的值或0
错误返回：-1
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3．信号量集的控制函数
参数说明： semid——信号量集的标识符，由semget（）得到； semnum——指定semid信号量集的第几个信号量，在撤消
信号量集时，此参数可以缺省； cmd——用于指定操作类别：
则出错返回。
②．如果sem_op为正数：此时相当于V操作，把它的值加到信号量中，这也意味着该 进程释放资源。如果是互斥则出临界区，释放临界资源。
③．如果sem_op为0：则该进程将睡眠直到信号量的值也为0。
系统会按顺序检查信号量等待队列(sem_pending)中的每一个成员，查看在当前信号量
的状态下，其请求的操作是否可以成功，如果可以，则将它从等待队列中唤醒，并 插入到就绪队列中等待调度运行。
9. 撤消信号量：semctl(semid,IPC_RMID,0);
因为信号量不是普通变量，对它赋初值只能通过系统调用函数
semctl(semid,0,SETVAL,arg)进行，其值的修改只能通过P、V操作，而不能 使用普通的赋值语句。
因此其初值和信号量的P、V操作需要事先定义好以后，然后才能在进程中执行P、V 操作。
其中，第一个参数：IPC_PRIVATE由系统产生key值，也可以由用户使用 具体的整型数值作为key值指定；第二个参数表示信号量集中只有一个 信号量；操作权限取决于最后一个参数，0666表示任意用户可读可写， 只设置semflag的IPC_CREAT位，则创建一个信号量集，如果该信号量 集已经存在，则返回其标识符。
返回值： 正确返回：信号量集的标识符 错误返回：-1
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1.创建一个新的信号量集或获取一个已经存在的信号量集
参数说明：
key——信号量集的key值：
①．使用IPC_PRIVATE，由系统产生key值并返回标识符，或者返回key值已存在的 信号量集的标识符。
②． key值不为IPC_PRIVATE而是由用户指定一个非0整型数值，则对信号量集的打 开或存取操作依赖于semflag参数的取值。
arg.val赋值。 ⑵．撤消信号量集，格式为： semctl(semid,IPC_RMID,0); 上述系统调用使用下列头函数： #include<sys/types.h> #include<linux/sem.h>
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信号量及其P、V操作的实现
信号量及其P、V操作的实现方式归纳如下：
P.sem_num=0;
P.sem_op=-1;
P.sem_flg=SEM_UNDO;
V.sem_num=0;
V.sem_op=1;
V.sem_flg=SEM_UNDO;
while((chld=fork())==-1);
//创建子进程
if(chld>0)
//父进程返回
{
i=1;
while(i<=3)
1． 定义信号量标识符：int semid;
如果有n个信号量，则需要分别定义n个不同的信号量标识符。
2． 定义信号量数据结构
⑴．定义P、V操作所用的数据结构：struct sembuf P,V;
⑵．定义给信号量赋初值的参数数据结构：union semun arg;
3． 申请只有一个信号量的信号量集 semid=semget(IPC_PRIVITE,1,IPC_0666);
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应用举例
1.利用信号量实现进程互斥
[例4-9] 设有父子2个进程共享一个临界资源，每个进程循环进入该临界 区3次：父进程每次进入临界区后显示“prnt in”，出临界区则显示 “prnt out”；子进程每次进入临界区后显示“chld in”出临界区则显 示“chld out”。观察运行结果，应该是一个进程出来后另一个才能 进去。
⑶．sem_flg指明操作的执行模式，它有两个标志位： IPC_NOWAIT：指明以非阻塞 方式操作信号量。 SEM_UNDO： 指明内核为信号量操作保留恢复值
nsops——是第二个参数所指向的sembuf结构数组中元素的个数，如果只有一个信号 量nsops值为1。
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2.对信号量的P、V操作
P.sem_flg=SEM_UNDO;
6. 定义信号量的V操作（供所有信号量的V操作使用）
V.sem_num=0;
V.sem_op=1;
/*1表示V操作时对信号量加1*/
V.sem_flg=SEM_UNDO;
7. 对信号量semid执行P操作：semop(semid,&P,1);
8. 对信号量semid执行V操作：semop(semid,&V,1);
①．如果sem_op为负数：则相当于P操作，从信号量的值中减去sem_op的绝对值：

其差如果大于0，则表示该进程可以使用临界资源进入临界区；

其差如果小于0，在没有指定IPC_NOWAIT的情况下，该进程睡眠，并插入
sem_queues等待队列尾部，直到请求的条件得到满足；如果指定了IPC_NOWAIT，
SETVAL：置信号量semval域值为arg.val。 IPC_RMID：删除指定信号量集。能够进行此项操作的 进程限于超级用户、 sem_perm.cuid或sem_perm.uid。
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3．信号量集的控制函数
实验中使用该系统调用实现以下功能： ⑴．为信号量赋初值，格式为： union semun arg; arg.val=初值; semctl(semid,0，SETVAL,arg); 其 中 0 表 示 第 0 个 信号量 ， arg的 值由 arg.val决 定 ， 所 以必须 事 先 为
分析：
对临界区设置互斥信号量mutex，其内部标识为mutexid，初值为1。 程序中使用睡眠延时1秒来模拟进入临界区前和进入后所执行的程序。
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程序清单：文件名sem.c
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
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2.对信号量的P、V操作
命令格式： int semop(int semid, struct sembuf * sops, unsigned nsops)； 返回值： 正确返回：0 错误返回：-1 参数说明： semid——信号量集的标识符，由semget（）得到。 sops——指向一个sembuf结构数组，该数组的每个元素对应一次信
号量操作。
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2.对信号量的P、V操作
其sembuf数据结构如下：
struct sembuf
{
unsigned short sem_num; /* semaphore index in array */
short sem_op;
/* semaphore operation */
short sem_flg;
子进程
单缓冲区
图4-6 单缓冲区同步问题
父进程
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利用信号量实现进程同步
⑴．同步分析：
这是一个单缓冲区同步问题，在第3章中已经讨论过这类问题的同步算 法，读写缓冲区的两个进程之间只需要同步不需要互斥，请参阅 3.3.6节中的单缓冲区同步问题。
⑵．同步算法：
//循环3次
{
sleep(1);
semop(mutexid,&P,1); //进入临界区前执行P操作
printf("prnt in\n");
sleep(1);
printf("prnt out\n");
semop(mutexid,&V,1); //出临界区执行V操作
i++;
}
wait(0);
//等待子进程终止
4． 分别对每个信号量semid赋初值
arg.val=初值;
semctl(semid,0,SETVAL,arg);
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信号量及其P、V操作的实现
5. 定义信号量的P操作（供所有信号量的P操作使用）
P.sem_num=0;
P.sem_op=-1;
/*-1表示P操作时对信号量减1*/
sleep(1);
printf("chld out\n");
semop(mutexid,&V,1); //出临界区执行V操作
j++;
}
exit(0);
//子进程终止
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编译连接及运行结果：
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利用信号量实现进程同步
[例4-10] 父进程创建一个子进程，父子进程共享一个存储区，子进程向共享存储 区中以覆盖方式写信息，父进程从该共享存储区中读信息并显示信息。父子 进程轮流读写，即子进程写一个信息到共享内存中，父进程从中读该信息输 出；然后子进程再写第2个信息，父进程再读出第2个信息输出，如图4-6所 示。当信息为“end”时读写进程结束。
nsems——指定打开或者新创建的信号量集将包含的信号量的数目；如果该key值的 信号量集已存在，而semflg只指定了IPC_CREAT标志，那么参数nsems必须与 原来的值一致，否则也会返回错误信息。该参数最大值在linux/sem.h中被定义：
#define SEMMSL 250 /* <= 8 000 */
mutexid=semget(IPC_PRIVATE,1,0666|IPC_CREAT);
/*为信号量赋初值*/
arg.val=1;
if(semctl(mutexid,0,SETVAL,arg)==-1)
perror("semctl setval error");
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/*定义P、V操作*/