基于Linux的信号量通信机制研究与实现

合集下载

linux中的signal机制

Linux支持的信号列表如下。很多信号是与机器的体系结构相关的，首先列出的是POSIX.1中列出的信号：
信号值处理动作发出信号的原因
----------------------------------------------------------------------
break;
case 2:
printf("Get a signal -- SIGINT ");
break;
（对于SIGSYS，SIGXCPU，SIGXFSZ，以及某些机器体系结构下的SIGBUS，Linux缺省的动作是A (terminate)，SUSv2 是C (terminate and dump core)）。
下面是其它的一些信号
信号值处理动作发出信号的原因
（1）与进程终止相关的信号。当进程退出，或者子进程终止时，发出这类信号。
（2）与进程例外事件相关的信号。如进程越界，或企图写一个只读的内存区域（如程序正文区），或执行一个特权指令及其他各种硬件错误。
（3）与在系统调用期间遇到不可恢复条件相关的信号。如执行系统调用exec时，原有资源已经释放，而目前系统资源又已经耗尽。
收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类：第一种是类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理。第二种方法是，忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就象未发生过一样。第三种方法是，对该信号的处理保留系统的默认值，这种缺省操作，对大部分的信号的缺省操作是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处理行为。
传递给信号处理例程的整数参数是信号值，这样可以使得一个信号处理例程处理多个信号。系统调用signal返回值是指定信号signum前一次的处理例程或者错误时返回错误代码SIG_ERR。下面来看一个简单的例子：

信号量机制在Linux中的实现

维普资讯
２００７年第４期
文章编号：０６２７（０７０－１１３１０－５２０）４０２－４０
计算机与现代化ＪＳＡＪＹＩＮＡＨＵＩＵＮＩＵＸＡＤＩＡ
总第１０期４
基金项目：江西省教育厅教研课题资助项目（教务字２０第６号）０４７作者简介：１７一，，（９４）男江西南昌人，江西师范大学计算机信息工程学院讲师，硕士，研究方向：作系统，操计算机网络；昌王晶（９８）男，１７．，江西南昌人，讲师，，硕士研究方向：息系统，信形式化方法。
为经典的系统同步机制进行介绍，一般都仅限于原但
理的阐述。由于一种机制的实现往往涉及到系统的
ＰＶ操作是两个对信号量进行操作的过程，／一般
定义如下：
ｐｏｅｕ（ａ：ｍｐｏ）ｐｏｅｕ（ａｓｓｍｐｏ）ｒｄｒＰｖｓｅａｈｒｃｅｒｓｅｒｄｒＶｖ：ａｈｒｃｅｒｅｅ
０引言
中断嵌套可能会破坏数据访问的完整性，可由这中断屏蔽来避免。但多进程／线程对共享数据的访问
信号量（ｅａｈｒ）Ｌｕｓｐｏ在ｉｘ中是一种睡眠锁。ｍｅｎ如果有一个进程试图获得一个已被占用的信号量，则信号量会将其推人一个等待队列。当持有信号量的进程将信号量释放时，处于等待队列中的进程将被唤醒，并获得该信号量。通常情况下，信号量的值为ｌ，即在一个时刻，最多允许一个进程占有信号量，该种信号量也称为互斥信号量。当然，也可将信号量的值设为大于ｌ则该种信号量称为计数信号量。内核中，基本使用互斥信号量，计数信号量只在特殊情况下才会用到，本文主要分析的是互斥信号量。

信号量机制解决互斥问题实验报告

信号量机制解决互斥问题实验报告一、实验目的本实验旨在通过实际操作，深入理解信号量机制在解决互斥问题中的应用，并掌握其实现原理。

通过实验，我们将观察信号量如何确保对共享资源的互斥访问，从而提高多线程程序的安全性和稳定性。

二、实验环境操作系统：Linux编程语言：C语言开发工具：gcc编译器、终端三、实验原理信号量机制是一种常用的同步原语，用于解决多线程或多进程间的互斥问题。

信号量是一个整数值，通常用于表示资源的数量。

在解决互斥问题时，信号量通过维护一个非负的整数值来确保对共享资源的互斥访问。

四、实验步骤创建两个线程，它们需要访问共享资源。

使用信号量来同步这两个线程，确保它们不会同时访问共享资源。

在访问共享资源之前，线程必须获取信号量。

如果信号量的值为0，线程将被阻塞，直到信号量的值变为正值。

当线程完成对共享资源的访问后，释放信号量，使其值加1。

重复上述步骤，直到完成所有线程的同步操作。

五、实验代码实现以下是一个简单的C语言示例代码，演示了如何使用信号量解决互斥问题：#include <stdio.h>#include <pthread.h>// 定义共享资源数和线程数#define RESOURCE_COUNT 5#define THREAD_COUNT 2// 定义信号量变量pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;int semaphore = RESOURCE_COUNT; // 初始化为可用资源数void *thread_func(void *arg) {int i;for (i = 0; i < RESOURCE_COUNT; i++) {pthread_mutex_lock(&mutex); // 获取互斥锁，保护临界区代码printf("Thread %ld is accessing resource %d\n",pthread_self(), i);semaphore--; // 占用一个资源pthread_mutex_unlock(&mutex); // 释放互斥锁，允许其他线程进入临界区代码sleep(1); // 模拟耗时操作}pthread_exit(NULL);}int main() {pthread_t threads[THREAD_COUNT];int i;for (i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL); // 创建线程并执行函数thread_func()}for (i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {pthread_join(threads[i], NULL); // 等待所有线程执行完毕}return 0;}六、实验结果与分析通过运行上述代码，我们可以观察到以下实验结果：在多线程环境下，当一个线程正在访问共享资源时，其他线程将被阻塞，直到资源被释放。

Linux之信号量,比较全面,个人总结。

信号量一．什么是信号量信号量的使用主要是用来保护共享资源，使得资源在一个时刻只有一个进程（线程）所拥有。

信号量的值为正的时候，说明它空闲。

所测试的线程可以锁定而使用它。

若为0，说明它被占用，测试的线程要进入睡眠队列中，等待被唤醒。

二．信号量的分类在学习信号量之前，我们必须先知道——Linux提供两种信号量：POSIX信号量又分为有名信号量和无名信号量。

有名信号量，其值保存在文件中, 所以它可以用于线程也可以用于进程间的同步。

无名信号量，其值保存在内存中。

倘若对信号量没有以上的全面认识的话，你就会很快发现自己在信号量的森林里迷失了方向。

三．内核信号量1．内核信号量的构成内核信号量类似于自旋锁，因为当锁关闭着时，它不允许内核控制路径继续进行。

然而，当内核控制路径试图获取内核信号量锁保护的忙资源时，相应的进程就被挂起。

只有在资源被释放时，进程才再次变为可运行。

只有可以睡眠的函数才能获取内核信号量；中断处理程序和可延迟函数都不能使用内核信号量。

count：相当于信号量的值，大于0，资源空闲；等于0，资源忙，但没有进程等待这个保护的资源；小于0，资源不可用，并至少有一个进程等待资源。

wait：存放等待队列链表的地址，当前等待资源的所有睡眠进程都会放在这个链表中。

sleepers：存放一个标志，表示是否有一些进程在信号量上睡眠。

2．内核信号量中的等待队列（删除，没有联系）上面已经提到了内核信号量使用了等待队列wait_queue来实现阻塞操作。

当某任务由于没有某种条件没有得到满足时，它就被挂到等待队列中睡眠。

当条件得到满足时，该任务就被移出等待队列，此时并不意味着该任务就被马上执行，因为它又被移进工作队列中等待CPU资源，在适当的时机被调度。

内核信号量是在内部使用等待队列的，也就是说该等待队列对用户是隐藏的，无须用户干涉。

由用户真正使用的等待队列我们将在另外的篇章进行详解。

3．内核信号量的相关函数（2）申请内核信号量所保护的资源：4．内核信号量的使用例程在驱动程序中，当多个线程同时访问相同的资源时（驱动中的全局变量时一种典型的共享资源），可能会引发“竞态“，因此我们必须对共享资源进行并发控制。

linux sem用法

linux sem用法Linux系统中的sem（信号量）是一种用于进程间通信和同步的机制。

它提供了一种多个进程之间能够互斥地访问共享资源的方法。

在本文中，我将详细介绍sem的用法，并一步一步地回答您的问题。

第一步：什么是sem？Sem是由Linux内核提供的一种进程同步原语。

它允许进程在对共享资源的访问上进行同步，以避免竞争条件的发生。

它可以用于实现互斥访问共享资源的目的。

第二步：sem的创建和初始化在Linux中，可以使用semget()函数创建一个新的信号量，或者使用semget()函数打开一个已经存在的信号量。

创建新的信号量时，需要指定一个键值，这个键值标识了信号量的唯一性。

创建一个新的信号量的示例代码如下：cint semid = semget(key, 1, IPC_CREAT IPC_EXCL 0666);初始化信号量的值可以使用semctl()函数，其中第二个参数是信号量的编号，第三个参数是命令，第四个参数是信号量的初始值。

初始化信号量的示例代码如下：cunsigned short sem_array[1] = {1}; 初始信号量为1union semun arg;arg.array = sem_array;semctl(semid, 0, SETALL, arg);第三步：sem的P操作和V操作一旦创建和初始化了信号量，就可以使用semop()函数对信号量进行P操作（减法操作）和V操作（加法操作）。

P操作会将信号量的值减1，如果信号量的值为0，则进程将会被阻塞，直到信号量的值大于0为止。

V操作会将信号量的值加1。

如果有多个进程在等待该信号量，则会选择其中一个进行唤醒。

P操作的示例代码如下：cstruct sembuf sb;sb.sem_num = 0;sb.sem_op = -1;sb.sem_flg = SEM_UNDO; semop(semid, &sb, 1);V操作的示例代码如下：cstruct sembuf sb;sb.sem_num = 0;sb.sem_op = 1;sb.sem_flg = SEM_UNDO; semop(semid, &sb, 1);第四步：sem的销毁当信号量不再需要时，可以使用semctl()函数进行销毁。

操作系统实验报告(进程间的共享存贮区和信号量通信)

case -1:perror("fork()");exit(0);case 0:do_child_loop(sem_set_id,FILE_NAME);exit(0);default:break;}}for(i = 0;i<10;i++){int child_status;wait(&child_status);}printf("main is done");fflush(stdout);return 0;}运行结果：二、共享主存段机制共享主存段为进程提供了直接通过主存进行通信的有效手段，不像消息缓存机制那样需要系统提供缓存，也不像pipe机制那样需要事先建立一个特殊文件，而是有通信双方直接访问某些共享虚拟存储器空间。

在系统V中，系统管理一组共享主存段控制块。

通信进程在使用共享主存段以前，首先提出申请，系统为止分配存储空间并返回共享主存段标识号。

一个共享段建立后，进程把它被附加到自己的虚拟存储空间中。

一个进程可以附加多个共享主存段。

一个主存段一旦被附加到进程的虚拟机空间后，对它的访问以其他虚拟机的访问完全相同。

但为了保证共享主存段数据完整性，通信的进程之间要互斥的进行访问。

当通信进程不再需要该共享主存段时，可使用命令将其与进程分离，从而使其进程的虚空间删除。

为了理解进程通过共享主存段的通信过程，下面举例，一个是进程向共享段写信息的例子：一个是进行从共享段读信息的例子。

代码如下：四、实验过程与分析一、信号量机制在第一个例子的程序中创建了5个并发子进程，互斥地对文件进行写操作，将自己的进程号写到文件中去，信号量的初值为1，当地一个进程执行update_file函数时首先将信号量值-1，（相当于P操作）致使其它进程等待无法操作文件，直到其结束后，将其值变为1后（相当于V操作），其它进程并发竞争对文件的写操作，并将自己的pid 写入文件中。

在linux中信号量机制的执行既步骤如下所示：（1）信号量的定义：struct semaphore {spinlock_t lock;unsigned int count;struct list_head wait_list;};在linux中，信号量用上述结构体表示，我们可以通过该结构体定义一个信号量。

优先级继承运用于Linux内核信号量的研究与实现

（ｈｎｓｅｐｅｓｍｅｏｉｏｃｓａｅ，ａｇａｇ０５０，ｈｎ）ＣｉｅｅＰｏｌ’ＡｒｄＰｌｅＦｒｅｄｍｙＬｎｆｎ６０，ＣｉａｃＡｃ０
ＡｂｔａｔＩｓｖｒｍｐｒａｔｔｏｌｅｔｅｐｏｅｆｐｉｒｔｎｅｓｏｙｍｅｎｒｏｉｉｈｒｔｎｅｗｈｎｓｒｃ：ｔｉｅｙｉｏｔｎｏｓｖｈｒｂｌｍｏｒｏｉｉｖｒｉｎｂａｓｏｆｐｉｒｔｎｅｉｃｅｙｙａ
ｋｒｌａａｓｓｔｅｔｓｎｔｍｂｄｅｙｔｍＰＣＭ一３０ｅｎｅ，ｎｄｐｓｅｈｅｔｅｏｈｅｅｄｄｓｓｅｏｆ３５．
Ｋｅｗｏｄ：ｒｒｖｒｉｎｐｉｒｈｒａｃ；ｅｐｏｅｒａ— ｍｅｅｅｄｄｓｓｍｙｒｓｐｉｉｉｅｓｏ；ｒｏｉｉｅｉｎｅｓｍａｈｒ；ｅｌｉ；ｍｂｄｅｙｔｏｔｎｙｙｔｎｔｔｅ
．
ｓｍａｈｒｐｒｔｎｈｓｐｐｒｒａｉｅｈａｅｐｉｒｎｅｉｎｅｐｏｏｏｙｍｏｉｉｇｔｅＬｎｘｅｐｏｅｏｅａｉ，ｔｉａｅｅｌｓｔｅｂｓｒｏｉｉｈｒｃｒｔｃｌｄｆｎｈｉｕｏｚｙｔａｔｂｙ
～
析内核信号量操作源代码的基础上，基于实时应用实现基本优先级继承协议。
ｄｗｎｆｉｄ）ｏ —ａｌ（ｅ操作函数进入深度睡眠状态。函数ｄｗｎｆｉｄ）ｏ —ａｌ（ｅ的作用是通过调用函数一ｄｗｎ）ｏ（实

linux信号量实现原理

linux信号量实现原理【导言】Linux作为开源操作系统，在程序设计和开发方面广泛应用。

而信号量Semaphore作为进程同步和互斥的一种机制，在Linux系统中也广泛使用，特别是在多进程编程中。

本文将从概念、原理、实现等方面为读者深入解析Linux信号量的实现原理。

【正文】一、信号量的概念信号量是一种进程同步机制，用于解决多个并发进程或线程的访问共享资源带来的问题。

它是由E.W. Dijkstra在发明了PV操作之后，发明的一种机制，意味着操作系统的发展。

二、信号量的原理Semaphore本身是一个计数器，用于记录可用资源的数量，资源数量非0即1。

在Linux系统中，信号量一般由一个整数和两个操作——PV操作组成。

P操作，称为down操作，表示试图获取资源，如果可用资源的数量大于0，则占用该资源并将可用资源的数量减1；否则阻塞等待。

V操作，称为up操作，表示释放资源，增加可用资源的数量。

信号量使用可有效避免多个进程、线程对共享资源的相互影响，实现了多个进程之间的同步和互斥，从而保证了系统的稳定性和性能。

三、信号量的实现Semaphore实现主要分为两种：System V IPC信号量和POSIX IPC信号量。

System V IPC信号量是最早开发实现的方法，主要是使用semget、semctl、semop三个函数实现。

而POSIX IPC信号量则相对较新，主要是使用sem_init、sem_destroy、sem_wait、sem_post四个函数实现。

System V IPC信号量的实现需要操作系统调用内核，在一定程度上增加了系统的负担，从而影响了系统的性能和稳定性。

而POSIX IPC信号量则更加灵活、高效、可移植。

四、应用实例Semaphore的应用广泛，可以在多进程、多线程编程、操作系统调度、交通管制等方面使用。

在Linux系统中，Semaphore常常用于控制多个进程对共享文件、共享内存的读写访问，避免产生竞争条件，提高了程序执行效率。

LINUX内核进程高效通信机制研究

８）
摘要：进程间的通信是多任务、多用户操作系统必须考虑的重大问题，Ｌｕｉｘ继承了Ｕｉ的基本设计思想，其ｎｎｘ安全性和稳定性得到了人们的认可，但随着其应用领域的不断拓展，其通信机制已经不能满足用户的需求。本文在
分析Ｌｎｘ内核进程通信机制的基础上，就如何提高Ｌｎｘ内核进程间的通信效能进行了研究。ｉｕｉｕ关键词：Ｌｎｘ操作系统；内核进程；高效通信息；优化措施ｉｕ
中图分类号：Ｔ３１２Ｐ１．５
一
文献标识码：Ａ文章编号：１０－５９（１）８０１－２０７９９２２０－１８００
引言程之间是分离的任务，各个进程有着自己的权利和责任，何任Ｌｎｘ是一种可运行于多种平台的，源代码公开的多任ｉｕ个进程崩溃了，不应该影响到其它进程导致其它进程崩溃，每个独立的进程都运行在自己的虚拟地址空间之中。务、多用户操作系统，Ｌｎｘ继承了Ｕｉｉｕｎｘ的基本设计思想，在安全性和稳定性方面得到了大量使用者的认可，于这种多对三、Ｌｕｘ内核进程通信手段分类ｉｎＬｎｘ内核进程通信所采用的通信机制，基本上是延用ｉｕ任务、多用户的操作系统，其内核进程间的通信可以说是整个系统的核心要素，是保证其它子系统能获得相应的系统资源得ＵＩＮＸ平台所采用的进程通信机制，其中，Ａ＆ＴＴ的贝尔实验室以正常运行的根本。近年来，随着Ｌｎｘ系统的应用领域的不和加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心在进程通信机ｉｕ断拓展，基于Ｌｎｘ系统的应用软件不断增多，ｉｕ使得系统负荷制方面的侧重点并不相同，贝尔实验室在对ＵＩＮＸ早期进程间不断加重，虽然Ｌｎｘ操作系统提供了多种进程通信机制，ｉｕ但通信手段改进和扩充的基础上，形成了 “ ｙｔｍＶＰ ”通信ＳｓｅＩＣ这些通信机制在承担大容量数据传输时效率较差，已经不能满机制，该通信机制将通信进程局限于单个计算机内，而伯克利足用户日益增长的需求，如何针对Ｌｎｘ系统进程通信机制的软件发布中心则跳过了单个计算机的限制，形成了Ｓｃｅｉｕｏｋｔ进Ｌｎｘ在继承两者的基础上，提供了管道、号、信不足进行改进，立高速有效的通信机制，为Ｌｎｘ系统应程通信机制。ｉｕ建成ｉｕ跟踪、命名管道、报文、共享内存、信号量以及插口等通信手用所必须关注的问题。下面，本文在分析Ｌｎｘ内核进程通信ｉｕ机制的基础上，就如何提高Ｌｎｘ内核进程间的通信效能进行段。其中，管道、信号、跟踪通信手段属于 “ ｙｔｍＶＰ ” ｉｕＳｓｅＩＣ探讨。通信机制，而其余几种通信手段则属于Ｓｃｅ通信机制。ｏｋｔ二、ＬｎＸ内核结构组成ｉＵ管道通信机制是通过在父子进程间或者兄弟进程间通过进程实质上就是处于执行状态的程序，并不仅限于程序系统调用建立一个单向的通信管道来实现进程通信的通信机但代码，通常还包括其它资源如打开的文件、处理器状态、地址制。这种管道路是由父进程所建立的，对子进程来说是静态的，空间、存放全局变量的数据段等。Ｌｎｘ系统下的进程应当包是采用先入先出的原则来进行进程间内容的传递，ｉｕ其每个管道含一段可执行程序、专用的系统堆栈空间、进程控制块、独立都是单向的，因此要实现双向通信就需要建立两个管道。信号的存储空间几个要素。Ｌｎｘ建立这种基于多用户、多任务的通信机制严格的来说并不是为进程间通信而设置的，也用于ｉｕ但大型应用系统，主要是倾向于通过大型、复杂、孤立的进程来进程间的通信，这种通信机制更多的偏向于 “ 中断 ” 机制的软提供应用功能，了真正实现多任务、为多用户应用环境，ｉｕ件模拟，一般将信号发送者作为中断源，接受者作为处理器，Ｌｎｘ充分利用了任务切换机制，从而有效的降低了对硬件配置的要采用发送中断请求的方式来实现通信。跟踪是通过调用求，并支持多种处理器芯片，但严格来说Ｌｎｘ并不是实时操ｐｒｃＯ读写其它子进程地址空间中的内容的方法，来实现ｉｕｔａｅ作系统，因此要提高其实时性能，必须从其进程调度策略入手，跟踪子进程执行的目的。这几类进程通信机制，都只能应用于提高其通信效能，从而改进其实时陛。父进程和子进程之间，或者兄弟进程之间，在发送信号时需要Ｌｎｘ内核主要分为进程调度、ｉｕ内存管理、拟文件系统、对方的ＰＤ整个通信管道对于子进程来说是静态的，向的，虚Ｉ，单网络接口、进程间通信五个子系统。进程调度控制进程对ＣＵ在实际使用中通常还需要在建立动态通信管道来辅助通信。Ｐ的访问，当需要进行下一个进程时，进程设度程序即依据需求命名管道是采用ＦＦＩＯ文件的形式存在于文件系统之中，选择最值得运行的进程。可运特进程则是等待ＣＵ资源程，Ｐ当进程间需要通信时，通过使用其文件名来打开管道，因此管Ｌｎｘ所采用的进程调度算法是这种基于优先级的简单的算道的使用不再局限于近亲进程之间。ｉｕ报文队列通信机制是通过法。在五个子系统之间关系十分密切，进程调度承担控制与沟系统调用设立一个报文队列，进程通过系统调用向该队列发送通的作用，当存在多个程序时，程序要获取ＣＵ资源运行就必消息或从队列中接收消息，以报文传递的形式来实现进程通Ｐ须为该程序创建进程，而创建进程首先就必须将程序和相关数信。共享内在是通过系统调用为进程设立共享内存区，其它进据写入内存之中。进程间的通信主要依靠内存管理来进行，依程通过系统调用将该内存区映射到用户地址空间中，即可像正靠共享内存通信机制，允许两个进程除了拥有自己的私有内存常内存访问一样读写该共享内存区。虽然共享内存通信机制快外，可以存取共同的内存区域。虚拟文件子系统是利用网络速有效，还但共享内存通信机制不像其它通信机制那样能够在写接口支持网络文件的系统，该系统也同样依靠内存管理的支入后就立即唤醒睡眠等待中的进程，因此需要与其它通信机制持，来实现虚拟文件系统的进程交换，程的交换由调度程序相配合使用。进来定期进行调度，因此内存管理需要依赖于进程调度。四、进程通信机制对比分析可以看出，在Ｌｎｘ内核五个子系统中，ｉｕ进程调度子系统采用管道通信机制，父进程与子进程之间，或者兄弟进程是整个内核其它系统顺利工作的关键部分，无论是文件系统进这类近亲进程之间，可以通过系统调用建立一个简单的通信程还是网络服务进程，都依靠进程调度来获取ＣＵ资源才能正管道，Ｐ但这类通信管道只能由父进程建立，管道两端的进程都常运行。虽然Ｌｎｘ是多用户、多任务操作系统，但其多个进ｉｕ（下转第１５页）１

Linux信号（signal）机制分析

Linux信号（signal）机制分析【摘要】本⽂分析了Linux内核对于信号的实现机制和应⽤层的相关处理。

⾸先介绍了软中断信号的本质及信号的两种不同分类⽅法尤其是不可靠信号的原理。

接着分析了内核对于信号的处理流程包括信号的触发/注册/执⾏及注销等。

最后介绍了应⽤层的相关处理，主要包括信号处理函数的安装、信号的发送、屏蔽阻塞等，最后给了⼏个简单的应⽤实例。

【关键字】软中断信号，signal，sigaction，kill，sigqueue，settimer，sigmask，sigprocmask，sigset_t1 信号本质软中断信号（signal，⼜简称为信号）⽤来通知进程发⽣了异步事件。

在软件层次上是对中断机制的⼀种模拟，在原理上，⼀个进程收到⼀个信号与处理器收到⼀个中断请求可以说是⼀样的。

信号是进程间通信机制中唯⼀的异步通信机制，⼀个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。

进程之间可以互相通过系统调⽤kill发送软中断信号。

内核也可以因为内部事件⽽给进程发送信号，通知进程发⽣了某个事件。

信号机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。

收到信号的进程对各种信号有不同的处理⽅法。

处理⽅法可以分为三类：第⼀种是类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理。

第⼆种⽅法是，忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就象未发⽣过⼀样。

第三种⽅法是，对该信号的处理保留系统的默认值，这种缺省操作，对⼤部分的信号的缺省操作是使得进程终⽌。

进程通过系统调⽤signal 来指定进程对某个信号的处理⾏为。

2 信号的种类可以从两个不同的分类⾓度对信号进⾏分类：可靠性⽅⾯：可靠信号与不可靠信号；与时间的关系上：实时信号与⾮实时信号。

2.1 可靠信号与不可靠信号Linux信号机制基本上是从Unix系统中继承过来的。

早期Unix系统中的信号机制⽐较简单和原始，信号值⼩于SIGRTMIN的信号都是不可靠信号。

操作系统中的信号机制

操作系统中的信号机制信号机制是操作系统的一个重要特性，通过它，应用程序可以与操作系统进行通信，实现进程间的协调和同步。

在本文中，将详细介绍信号机制的原理、使用和实现方法，并探讨其在操作系统中应用的重要性和作用。

一、信号机制的原理信号机制的原理是在操作系统中，某个进程通过向另一个进程发送信号，来通知这个进程某些事情已发生。

在Linux和Unix系统中，每个进程都有一个唯一的进程ID，通过信号，进程可以向目标进程发送指定的信号号码，目标进程将收到这个信号，并对其进行处理。

信号可以分为两种类型：软件中断和硬件中断。

软件中断是由操作系统中断处理程序发出的，用于通知应用程序某个事件已经发生；硬件中断是由系统硬件设备发出的，例如鼠标或键盘按键、定时器等。

在Unix系统中，每个信号都有一个唯一的编号，通常在1~31之间。

其中，0号信号表示检查进程是否存在，1号信号表示终止进程，2号信号表示中断进程执行等等。

除此之外，还有一些用户自定义的信号，可以用于特定的应用程序场景。

二、信号机制的使用在Linux和Unix系统中，可以使用kill命令发送信号。

该命令的基本语法是：kill [-s ]。

其中，表示需要发送的信号号码，可以是从1开始的任意整数；表示需要发送信号的进程ID。

如果没有指定信号号码，默认发送15号信号，即终止进程。

除了kill命令，应用程序也可以使用系统调用函数来发送信号。

例如，使用kill函数和raise函数可以向指定的进程ID或当前进程发送信号，如下所示：#include <sys/types.h>#include <sys/signal.h>int kill(pid_t pid, int sig);int raise(int sig);在应用程序中，通常会使用信号处理函数来定义信号的处理方式。

应用程序使用signal函数注册信号处理函数，并在信号发生时执行预先定义好的操作。

Linux中信号量机制研究

ＺＨＥＮＧｈｎ－ｈＣＳａｇｚｉ，ＨＥＮｕＪｅ，Ｚ－２ＨＡＮｎ．，ＵｕｕＹｕ一ＬＪｎ
（．ｏｕｅｅａｔｎ，ＣａｈｏｅｅＣａｈ３００Ｃｉ；１ＣｍｐｔＤｐｒｒｍｅｔｈｏｕＣｌｇ，ｈｏｕ２８０，ｈｎｌａ
维普资讯
第ｌ卷第ｌ期７２２０年ｌ０７２月
计算机技术与发展
ｃ０ＭＰＵｒＥＲＴＥＣＨＮ０ＬＧＹｏＡＮＤＤＥＶＥ【ＩＭＥＮＴ￡Ｐ
Ｖｏ，７Ｎｏ１ｌ１．２Ｄｅ．２０ｃ０７
号和信号量机制，号量分类人手详细论述了信号量的数据结构及相关调用，从信不仅为全面、清晰地研究信号与信号量机
制提供了有益的参考，还为进一步应用信号量机制提供了支持。
关键词：ｉｘ信号量；信号量；Ｌｎ；ｕ内核用户信号量
Ｌｎｘ中信号量机制研究ｉｕ
郑尚志陈祖爵２韩云，，，，陆军一
（、１巢湖学院计算机系，徽巢湖２８０；安３００２江苏大学计算机科学与通信工程学院，苏镇江２２１）．江１０３
摘要：Ｌｎｘ中，号量机制是实现并发进程同步、决互斥的有效方法。文中以Ｌｎｘ．版为例，在ｉｕ信解ｉ２４ｕ系统地研究了信
中图分类号：Ｐ１，１Ｔ３６８文献标识码：Ａ文章编号：６３２ｘ２ｏ）２０９ — ４１７ —６９（ｏ７１ — ０２０

实验四 linux进程通信

修改后得到如下结果：
2、进程的管道通信
3、信号量实现进程同步
特点
Unix早期版本
在进程间通信方面表现较弱，利用pipe来传递大量数据
Unix system V版本
由三部分组成：消息（用于进程之间传递分类的格式化数据）、共享存储器（使得不同进程通过共享彼此的虚拟空间而达到互相对共享区操作和数据通信的目的）、信号量（机制用于通信进程之间的同步控制。信号量通常与共享储存器方式一起使用。）
实验报告
姓名
学号
专业班级
课程名称
操作系统实验
实验日期
成绩
指导教师
批改日期Biblioteka 实验名称实验四linux进程通信
一、实验目的：
1、理解信号和管道的概念及实现进程间通信的原理。
2、掌握和使用消息对流实现进程间的通信。
3、掌握和使用信号量实现进程同步。
4、掌握使用共享主存实现进程间的通信。
二、实验要求：
IPC版本
Linux
完整继承了system V进程间通信IPC
三、实验内容和步骤：
1、利用信号机制实现进程软中断通信
经过以上步骤，查阅相关资料，我学习到两点知识：
1、警告与错误是两个概念，警告存在的情况下程序仍能编译通过，但有错误就不可以。
2、exit与return功能相似，但主要用于非main函数中，正常执行即返回0值。

Linux进程间通信实验报告

实验六：Linux进程间通信（2）（4课时）实验目的：理解进程通信原理；掌握进程中信号量、共享内存、消息队列相关的函数的使用。

实验原理：Linux下进程通信相关函数除上次实验所用的几个还有：信号量信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是前一节的共享内存方式的进程间通信。

要调用的第一个函数是semget，用以获得一个信号量ID。

int semget(key_t key, int nsems, int flag);key是IPC结构的关键字，flag将来决定是创建新的信号量集合，还是引用一个现有的信号量集合。

nsems是该集合中的信号量数。

如果是创建新集合（一般在服务器中），则必须指定nsems；如果是引用一个现有的信号量集合（一般在客户机中）则将nsems指定为0。

semctl函数用来对信号量进行操作。

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);不同的操作是通过cmd参数来实现的，在头文件sem.h中定义了7种不同的操作，实际编程时可以参照使用。

semop函数自动执行信号量集合上的操作数组。

int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops);semoparray是一个指针，它指向一个信号量操作数组。

nops规定该数组中操作的数量。

ftok原型如下：key_t ftok( char * fname, int id )fname就是指定的文件名(该文件必须是存在而且可以访问的)，id是子序号，虽然为int，但是只有8个比特被使用(0-255)。

当成功执行的时候，一个key_t值将会被返回，否则 -1 被返回。

共享内存共享内存是运行在同一台机器上的进程间通信最快的方式，因为数据不需要在不同的进程间复制。

通常由一个进程创建一块共享内存区，其余进程对这块内存区进行读写。

linux进程间通信实验心得

linux进程间通信实验心得随着对Linux系统的深入了解，我对进程间通信（IPC）的重要性有了更深刻的认识。

在这次实验中，我通过实际操作，掌握了多种Linux进程间通信的方法，并对它们的特点和应用场景有了更清晰的了解。

实验过程中，我主要接触了三种主要的进程间通信方法：管道（Pipe）、信号（Signal）和共享内存（Shared Memory）。

每种方法都有其独特的特点和使用场景。

管道是最基本的进程间通信方式，它允许父子进程之间进行通信。

通过管道，一个进程可以将数据写入到管道中，而另一个进程可以从管道中读取数据。

我在实验中创建了多个进程，并通过管道实现了它们之间的数据传递。

虽然管道简单易用，但它的通信能力有限，只能用于父子进程或兄弟进程之间的通信。

信号是一种异步的进程间通信方式，一个进程可以向另一个进程发送信号。

接收进程可以根据信号的类型采取不同的行动。

我在实验中通过信号实现了进程间的控制和同步。

虽然信号可以用于任何两个进程之间的通信，但由于它是异步的，使用起来需要小心处理信号的捕获和处理。

共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程访问同一块内存空间。

通过共享内存，进程可以快速地读写数据，避免了数据在进程间传递的开销。

我在实验中创建了多个进程，让它们共享一块内存区域，并通过读写共享内存实现了数据的快速传递。

共享内存的优点是通信速度快，但需要处理好同步和互斥问题，以避免数据冲突和错误。

通过这次实验，我对Linux进程间通信有了更深入的了解。

在实际应用中，需要根据具体的需求和场景选择合适的进程间通信方法。

同时，我也认识到进程间通信的复杂性和挑战性，需要仔细考虑和处理各种可能的问题。

在未来的学习和工作中，我将继续深入学习Linux系统及其相关技术，不断提高自己的技能和能力。

同时，我也将关注新技术的发展和应用，保持对行业的敏感度和竞争力。

linux信号量机制

linux信号量机制（semaphore）信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。

当公共资源增加时，调用函数sem_post（）增加信号量。

只有当信号量值大于０时，才能使用公共资源，使用后，函数sem_wait（）减少信号量。

函数sem_trywait（）和函数pthread_ mutex_trylock（）起同样的作用，它是函数sem_wait（）的非阻塞版本。

它们都在头文件/usr/include/semaphore.h中定义。

信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。

函数sem_init（）用来初始化一个信号量。

它的原型为：extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。

函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。

当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。

函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。

函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。

函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。

例1：使用信号量。

例子中一共有4个线程，其中两个线程负责从文件读取数据到公共的缓冲区，另两个线程从缓冲区读取数据作不同的处理（加和乘运算）。

/* File sem.c */#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define MAXSTACK 100int stack[MAXSTACK][2];int size=0;sem_t sem;/* 从文件1.dat读取数据，每读一次，信号量加一*/void ReadData1(void){FILE *fp=fopen("1.dat","r");while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d %d",&stack[size][0],&stack[size][1]);sem_post(&sem);++size;}fclose(fp);}/*从文件2.dat读取数据*/void ReadData2(void){FILE *fp=fopen("2.dat","r");while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d %d",&stack[size][0],&stack[size][1]);sem_post(&sem);++size;}fclose(fp);}/*阻塞等待缓冲区有数据，读取数据后，释放空间，继续等待*/ void HandleData1(void){while(1){sem_wait(&sem);printf("Plus:%d+%d=%d\n",stack[size][0],stack[size][1],stack[size][0]+stack[size][1]);--size;}}void HandleData2(void){while(1){sem_wait(&sem);printf("Multiply:%d*%d=%d\n",stack[size][0],stack[size][1],stack[size][0]*stack[size][1]);--size;}}int main(void){pthread_t t1,t2,t3,t4;sem_init(&sem,0,0);pthread_create(&t1,NULL,(void *)HandleData1,NULL);pthread_create(&t2,NULL,(void *)HandleData2,NULL);pthread_create(&t3,NULL,(void *)ReadData1,NULL);pthread_create(&t4,NULL,(void *)ReadData2,NULL);/* 防止程序过早退出，让它在此无限期等待*/pthread_join(t1,NULL);}在Linux下，用命令gcc -lpthread sem.c -o sem生成可执行文件sem。

linux 互斥锁信号量自旋锁实现原理

Linux中的互斥锁、信号量和自旋锁都是常用的同步机制，用于协调多个线程或进程对共享资源的访问。

1. 互斥锁（Mutex）：也称为互斥量，是最基本的锁机制。

它提供了互斥访问共享资源的能力，当一个线程获得互斥锁后，其他线程将被阻塞，直到该线程释放锁为止。

在Linux内核中，mutex 的实现原理基于底层硬件的支持，通过使用汇编指令实现锁的获取和释放。

2. 信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问次数。

在Linux内核中，信号量的实现原理基于系统调用和内核函数，通过维护一个计数器来记录可用资源数量。

当一个线程需要访问共享资源时，会尝试获取信号量，如果计数器为正数，则该线程可以访问共享资源，否则该线程将被阻塞。

3. 自旋锁（Spinlock）：自旋锁是一种基于忙等待的同步机制。

当一个线程尝试获取自旋锁时，如果锁已经被其他线程持有，则该线程将自旋（忙等待）直到锁被释放。

自旋锁适用于保护临界区代码较短且短暂占用共享资源的情况。

在Linux内核中，自旋锁的实现原理基于底层硬件的支持，通过使用汇编指令实现锁的获取和释放。

需要注意的是，以上三种锁机制都是通过系统调用或特定的库函数在用户空间或内核空间实现的。

在使用锁的过程中，需要注意
避免死锁（Deadlock）和饥饿（Starvation）等并发编程中常见的问题。

Linux操作系统利用信号量实现银行叫号排队系统

Linux操作系统课程设计题目：进程通信与进程同步机制实践（银行叫号排队模拟系统）所在学院：所在班级：学生姓名：学生学号:指导教师：一、题目某银行提供5个服务窗口(3个对私服务窗口,1个对公服务窗口，1个理财服务窗口)和10个供顾客等待的座位。

顾客到达银行时，若有空座位，则到取号机上领取一个号，等待叫号;若没有空座位，则在门外等待或离开.取号机每次仅允许一位顾客使用，有对公、对私和理财三类号，每位顾客只能选取其中一个.当营业员空闲时，通过叫号选取一位顾客,并为其服务。

请用P、V操作写出进程的同步算法。

二、目的1、掌握基本的同步与互斥算法。

2、学习使用 Linux 中基本的同步对象，掌握相关 API 的使用方法。

3、了解 Linux 中多任务的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。

三、实验环境Linux CentOS、Ubuntu、Fedora等Linux系统编译器GCC编程语言 C语言四、要求1、当有顾客取号的时候，不允许其他顾客取号。

2、当服务窗口满的情况下，其他人必须等待.3、当没有顾客的情况下,服务窗口必须等待。

4、打印：A、初始状态B、中间变化的状态信息C、以及最终状态信息。

五、原理及算法本程序中设计6个信号量，其中signal_A、signal_B和signal_C分别是对私、对公、理财窗口的同步信号量。

若信号量值的等于0,说明当前没有空闲空口，顾客需要等待。

另设置一个signal_seat同步信号量,记录当前的座位情况，若该信号量等于0，说明当前没有空座位,顾客需要等待。

另有一个signal_customer同步信号量用于记录当前已经取过票的总人数，用于生成票号信息。

还有一个mutex互斥信号量，用于实现各进程在对信号量进行操作时的互斥。

顾客进入银行之后，先看通过一个依据系统时间的随机数来确定自己是需要对私、对公还是理财服务（在本程序中分别对应于A类顾客，B类顾客和C类顾客）,这三个类型的顾客的比例为3:1:1.然后顾客根据自己需要的服务类型，查看提供相应类型服务的窗口是否空闲，若窗口有空闲，则系统直接按照signal_customer记录的信息,生成票面信息；若窗口没有空闲，则再去查看signal_seat信号量看看是否有空座位，若有空座位，则根据signal_customer 记录的信息，生成票面信息;若没有空座位，则通过一个以系统时间为种子的随机数生成器生成一个随机数,帮助顾客确定是要继续等待还是离开，这两种情况的比例为1：1.若顾客选择离开，则相应的进程退出.当顾客取到票后，便开始查看对应类型的窗口是否有空闲，如果有空闲，则上前办理业务。

信号量在Linux多线程机制中的应用

１信号量
＿
＿
ｒｅｔｕｒｎ — ＥＦＡＵＬＴ；
２Ｌｉｎｕｘ系统下的多线程
Ｌｉｎｕｘ线程属于核心级线程．但其实现方式比较特别．每个线程对内核来说都是一个进程Ｌｉｎｕｒｅａｄｓ是目前Ｌｉｎｕｘ平台上使用最为广泛的线程库．采用基于内核支持轻量级进程支持的线程一对一模型．即每个线程依赖于一个内核轻量级进程的模式．由核心完成线程调度．同时在核外函数库中实现诸如线程同步互斥、线程创建取消等线程管理工作。在ＬｉｎｕｘＴｈｒｅａｄｓ中，每一个进程都一个对应的管理线程，负责处理线程相关的管理工作。当进程第一次调用ｐｔｈｒｅａｄ＿ｃｒｅａｔｅ（）创建一个线程的时候就会调用ｃｌｏｎｅ（）并启动管理线程。Ｌｉｎｕｘ提供两种信号量：１）内核信号量，由内核控制路径使用；２）用户态进程使用的信号量．这种信号量又分为ＰＱＳＩＸ信号量和ＳＹＳＴＥＭＶ信号量。ＰＯＳＩＸ信号量又分为有名信号量和无名信号量。有名信号量，其值保存在文件中．所以它可以用于线程也可以用于进程间的同步无名信号量，其值保存在内存中。对ＰＯＳＩＸ来说，信号量是个非负整数，常用于线程间同步而ＳＹＳＴＥＭＶ信号量则是一个或多个信号量的集合．它对应的是—个信号量结构体．这个结构体是为ＳＹＳＴＥＭＶＩＰＣ服务的，信号量只不过是它的一部分，常用于进程间同步。本文的研究将主要围绕内核信号量及无名信号量在实现多线程同步上的应用。

linux消息机制

linux消息机制Linux消息机制指的是Linux操作系统中用于进程间通信的机制。

Linux中有多种消息机制，包括管道、消息队列、共享内存和信号量等。

这些机制能够让进程之间可以安全地通信，以便实现各种复杂的应用程序。

管道是最基本的消息机制之一，它用于在同一个进程中进行通信。

管道可以将一个进程的输出(文件描述符)连接到另一个进程的输入端口。

管道适用于一些只需要简单的进程间通信的场景。

但它的不足之处在于：不支持多写或多读操作，即只有一个进程可以同时写或读，此外，管道中的数据只能传递一次，因此它不能支持经常重复进行通信的应用。

相对于管道，消息队列则提供了更多的功能。

消息队列是一个消息缓冲区，它可以链接到多个进程。

在一个消息队列中，消息的发送者把其信息发送到消息队列末端，接收者则从消息队列头部取出数据。

由于消息队列与进程之间的通信只涉及到发送和接收消息，因此在比较复杂的应用程序中，消息队列更为适合使用。

还有一种消息机制是共享内存。

共享内存机制使一组进程可以访问同一块内存空间，这样，进程就可以在共享内存中处理数据。

由于不需要将消息从一个进程传输到另一个进程，因此，共享内存能够极大地提升进程间通信的速度，并且更有利于对于数据的共享和分析。

即便如此，共享内存也有其不足之处。

由于需要对共享内存进行映射和协调工作，使得共享内存的使用比较复杂。

而且在并发情况下，需要使用锁机制来保证内存不被多个进程同时写入，这就增加了程序的复杂度。

最后，还有一种消息机制——信号量。

信号量与共享内存一样，提供了在进程之间共享的数据。

信号量可以用来同步和控制进程之间的访问，以防止多个进程同时进行写操作，导致出现数据不同步或错误。

与共享内存不同的是，信号量可以在多个进程进行控制。

采用Linux中的消息机制可以让进程之间实现良好的通信和协作，以便实现各种复杂的应用程序。

因此，在多并发系统，特别是在服务器应用中，Linux消息机制以其高效、灵活及安全的功能，成为了最常用的进程间通信的机制之一。