信号量

在 Linux 系统上，多个进程可以同时运行，以及各种中断发生的中断也在同时得到处理，这种多个上下文宏观上同时运行的情况称为并发。并发具体包括如下几种可能： 1） UP平台上，一个进程正在执行时被另一个进程抢占； 2） UP平台上，一个进程正在执行时发生了中断，内核转而执行中断处理程序； 3） SMP平台上，每个处理器都会发生 UP 平台上的情况； 4） SMP平台上，多个进程或中断同时在多个 CPU 上执行； 多个并发的上下文同时使用同一个资源的情况称为竞态，而可能发生竞态的这一段代码称为临界区。内核编程时的临界区，比较多的情况是： 1） 代码访问了全局变量，并且这段代码可被多个进程执行； 2） 代码访问了全局变量，并且这段代码可被进程执行，也可被中断处理程序执行； 针对上述情况，内核提供了如下手段来解决竟态问题： 1）锁机制： 2）院子操作： 下面会先介绍锁机制。 Linux内核提供了多种锁机制，这些锁机制的区别在于，当获取不到锁时，执行程序是否发生睡眠并进行系统调度。具体包括自旋锁、互斥体、信号量。 一、自旋锁：spinlock_t 自旋锁有两个基本操作：获取与释放。获取自旋锁时，当判断锁的状态为未锁，则会马上加锁，如果已经是锁定的状态，当期执行流程则会执行“忙等待”，中间没有任何的调度操作。也就说执行流程从判断锁的状态到完成加锁，是一个原子操作，在执行上是不可分割的。

15.6 XSI IPC （1）3种称作XSI IPC的IPC是： 1）消息队列 2）信号量 3）共享存储器 （2）标识符和键 1）标识符：是一个非负整数，用于引用IPC结构。是IPC对象的内部名。 2）键：IPC对象的外部名。可使多个合作进程能够在同一IPC对象上汇聚。 （3）IPC_PRIVATE键： 用于创建一个新的IPC结构。不能指定此键来引用一个现有的IPC结构。 （4）ftok函数： 由一个路径名和项目ID产生一个键。 （5）ipc_perm结构体 规定了ipc结构的权限和所有者。 （6）结构限制： XSI IPC结构都有内置限制，可通过重新配置内核来改变。 1）sysctl命令：观察、修改内核配置参数。 2）ipcs -l：显示ipc相关限制。 （7）IPC结构和管道、FIFO的区别： IPC结构在系统范围内起作用，且没有引用计数。 （8）IPC结构在文件系统中没有名字；IPC不使用文件描述符。 15.7 消息队列 （1）新的应用程序中不要使用消息队列。它们有缺点。（15.6.4） （2）客户进程和服务器进程之间的双向数据流，可以使用消息队列或全双工管道。 15.8 信号量 （1）多个进程间共享一个资源，可以使用信号量、记录锁和互斥量中的一种来协调。 （2）共享存储中的互斥量速度最快，但作者依然喜欢使用记录锁的两个原因： 1）<459> 2） <459> 15.9

作者： 刘洪涛， 华清远见嵌入式学院 高级讲师，ARM公司授权ATC讲师。 关于自旋锁用法介绍的文章，已经有很多，但有些细节的地方点的还不够透。我这里就把我个人认为大家容易有疑问的地方拿出来讨论一下。 一、自旋锁（spinlock）简介 自旋锁在同一时刻只能被最多一个内核任务持有，所以一个时刻只有一个线程允许存在于临界区中。这点可以应用在多处理机器、或运行在单处理器上的抢占式内核中需要的锁定服务。 二、信号量简介 这里也介绍下信号量的概念，因为它的用法和自旋锁有相似的地方。 Linux中的信号量是一种睡眠锁。如果有一个任务试图获得一个已被持有的信号量时，信号量会将其推入等待队列，然后让其睡眠。这时处理器获得自由去执行其它代码。当持有信号量的进程将信号量释放后，在等待队列中的一个任务将被唤醒，从而便可以获得这个信号量。 三、自旋锁和信号量对比 在很多地方自旋锁和信号量可以选择任何一个使用，但也有一些地方只能选择某一种。下面对比一些两者的用法。 表1-1自旋锁和信号量对比 应用场合 信号量or 自旋锁 低开销加锁（临界区执行时间较快） 优先选择 自旋锁 低开销加锁（临界区执行时间较长） 优先选择 信号量 临界区可能包含引起睡眠的代码 不能选自旋锁，可以选择 信号量 临界区位于非进程上下文时，此时不能睡眠 优先选择 自旋锁 ，即使选择信号量也只能用 down_trylock 非阻塞的方式

一、进程间的通信方式 （1）管道( pipe ) ：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。 （2）有名管道 (namedpipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。 （3） 信号量(semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。 （4） 消息队列( messagequeue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。 （5） 信号 (sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。 （6） 共享内存(shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。 （7） 套接字(socket ) ： 套解口也是一种进程间通信机制

Linux操作系统编程开发 预备知识： 　　1、进程操作：Linux系统是 多任务的操作系统 ，采用 进程 作为 任务调度的单位， 进程在Linux系统下的概念是程序代码的一次执行，包括运行的代码和运行需要的数据、参数等资源。 　　2、进程和程序的区别：一方面：在Linux系统下，进程是程序代码的执行，所以程序是一段运行的，有生命力的程序，是一个动态的概念；一个程序是指储存在磁盘或者其他存储介质中的静态代码。另一方面：一个进程是基于一个程序运行的，而一个程序可以被重复载入到内存，形成多个进程！ 　　3、 CPU时间片（Linux系统大约1ms） ：时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。 　　4、Linux系统中进程在宏观上是并行，在微观上是串行的（一个CPU）。 在宏观上是并行 ：同时可以打开多个进程；每个进程都有一个时间片和优先级。 在微观上是串行 ：在每一个CPU时间片中，每个进程都有机会运行，优先级高的进程被运行的概率更大。如果时间片结束，进程还在运行，CPU将剥夺并分配给另一个进程；如果进程在时间片结束之前结束或者进入阻塞状态，CPU立即进行切换！一个CPU，一次只能执行程序的一部分。 　　5、mmu和多进程系统： 　　6、PID（进程号Process ID）：在Linux系统中，每个进程都有一个 进程号

简介 信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。 一个计数信号量。从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore 只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。拿到信号量的线程可以进入代码，否则就等待。通过acquire()和release()获取和释放访问许可。 概念 Semaphore分为单值和多值两种，前者只能被一个线程获得，后者可以被若干个线程获得。 以一个停车场运作为例。为了简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆不受阻碍的进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入一辆，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。 在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。 更进一步，信号量的特性如下：信号量是一个非负整数（车位数），所有通过它的线程（车辆）都会将该整数减一（通过它当然是为了使用资源）

参考资料 <<精通Linux C编程>> http://man7.org/linux/man-pages/man2/open.2.html https://www.cnblogs.com/52php/p/5840229.html 在 Android中的Handler的Native层研究 文章中研究一下一把Linux中的匿名管道的通信机制，今天这里Linux中的进程间通信补齐。 在Linux中，实现进程通信的方法包括管道(匿名管道和具名管道)，消息队列，信号量，共享内存，套接口等。消息队列，信号量，共享内存统称为系统的(POSIX和System V)IPC，用于本地间的进程通信，套接口(socket)则运用于远程进程通信。 各个通信机制定义如下： 匿名管道(Pipe)和具名管道(named pipe)：匿名管道用于具有亲缘关系进程间的通信，具名管道克服了管道没有名字的限制，因此除了具有匿名管道的功能外，还允许在无亲缘关系的进程中进行通信。 消息队列(Message)：消息队列为消息的链接表，包括POSIX消息队列和System V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读取队列中的消息。 共享内存：是的多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可以IPC形式。是针对其他的通信机制运行效率较低而设计出来的。往往与其他通信机制，如信号量结合使用

链接： http://blog.csdn.net/elssann/archive/2004/10/25/150088.aspx 原文： 在VC版的网络编程区，基本上每天都可以看到大量关于IOCP（完成端口）的帖子和讨论，很多人比较反感IOCP，特别是一些一直在UNIX下写程序的人。就我个人的看法来说，IOCP是一个设计得很巧妙的东西，是目前WINDOWS下编写高效IO程序的唯一选择。至少目前为止，我在UNIX下或者LINUX下都没看到类似的模型，就模型的先进性来说，我认为IOCP可能是领先的，问题在于WINDOWS的线程性能不够好，加上本质上是一个基于GUI的操作系统，别的方面劣势抵消了IOCP带来的优势，比如WINDOWS下的线程切换速度就没LINUX下快，这是因为WINDOWS下定时的时间精度所确定的。 IOCP从本质上来说，没什么复杂的，抛开异步IO（这个是系统本身的IO，至少我没法实现），我们可以自己设计一个类似这样的东西，而且非常之简单。用过IOCP的人都应该熟悉这两个函数：PostQueueCompletionStatus, GetQueueCompletionStatus。用第一个函数Post给IOCP的数据，可以用第二个函数Get出来，其实我们就可以用一个信号量加一个队列和一个临界区就可以实现，队列为空的时候，信号量为0

问题描述 一个大小为3的缓冲区，初始为空 2个生产者随机等待一段时间，往缓冲区添加数据，若缓冲区已满，等待消费者取走数据后再添加，重复6次 3个消费者随机等待一段时间，从缓冲区读取数据，若缓冲区为空，等待生产者添加数据后再读取，重复4次 说明： 显示每次添加和读取数据的时间及缓冲区里的数据 生产者和消费者用进程模拟 思路 这道题目涉及到的知识点有： 进程控制管理，包括进程的创建与销毁等 进程通信技术，如管道、共享内存等 解决思路主要是： 一个主进程负责创建和销毁子进程，负责创建共享内存区和公用信号量 五个子进程，两个是生产者，三个是消费者，通过信号量对共享内存进行互斥读写 创建互斥访问量 创建信号量如下： 信号量：EMPTY, FILLED, RW 初始化：EMPTY=3,FILLED=0,RW=1 说明： EMPTY 信号量指示缓冲区有多少个空位置没有被占用，因此初始值等于缓冲区数量； FILLED 指示缓冲区有多少个位置被占用，因此初始值等于0； RW 指示是否允许对共享内存进行读写操作，为防止进程并发执行导致的数据共享错误，每次仅允许一个进程对共享内存进行操作，因此初始值为1. 生产者消费者执行操作 生产者 P(EMPTY);//首先询问是否有空闲缓冲区,没有则阻塞，等待消费者拿出数据释放一个缓冲区；有则EMPTY-=1 P(RW);//是否可以对共享内存进行读写操作

在开发软件的过程中，多线程的程序往往需要实现相互通讯，比如几个线程添加一个消息到队列里，而另一个线程在睡眠时，就需要唤醒那个线程来处理事情。在这其中，就需要使用到信号量来进行同步。 CreateSemaphore 是创建信号量， ReleaseSemaphore 是增加信号量。 函数 CreateSemaphore 和 ReleaseSemaphore 声明如下： WINBASEAPI __out HANDLE WINAPI CreateSemaphoreA( __in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, __in LONG lInitialCount, __in LONG lMaximumCount, __in_opt LPCSTR lpName ); WINBASEAPI __out HANDLE WINAPI CreateSemaphoreW( __in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, __in LONG lInitialCount, __in LONG lMaximumCount, __in_opt LPCWSTR lpName ); #ifdef UNICODE #define CreateSemaphore CreateSemaphoreW