System V 信号量
使用信号量，进程可以查询或更改状态信息。 通常使用信号量来监视和控制系统资源（如共享内存段）的可用性。 信号量既可以作为单个单元处理，也可以作为集中的元素处理。
由于 System V IPC 信号量可以存在于大型数组中，因此它们的开销非常大，线程库提供了更轻量级的信号量。 此外，POSIX 信号量是 System V 信号量的最新实现（请参见POSIX 信号量）。 线程库信号量必须与映射内存一起使用（请参见内存管理接口）。
信号量集由一个控制结构以及一个包含各个信号量的数组组成。 一个信号量集最多可以包含 25 个元素。 必须使用 semget(2) 初始化信号量集。 信号量创建者可以使用 semctl(2) 更改信号量的拥有权或权限。 任何具有相应权限的进程均可使用 semctl(2) 执行控制操作。
信号量操作通过 semop(2) 执行。 此接口采用指向信号量操作结构数组的指针。 此数组中的每个结构都包含有关针对信号量所执行的操作的数据。 任何具有读取权限的进程均可测试信号量的值是否为零。 递增或递减信号量的操作需要写入权限。
当操作失败时，不会更改任何信号量。 除非设置了 IPC_NOWAIT 标志，否则进程将阻塞，直到出现以下情况之一：
-
信号量操作可全部完成，因此调用成功。
-
进程接收到信号。
-
信号量集被删除。
一次只有一个进程能更新一个信号量。 不同进程同时发出的请求可以按任意顺序执行。 当通过 semop(2) 调用提供操作数组时，在针对数组的所有操作均成功完成之前，不会进行更新。
如果以独占方式使用信号量的进程异常终止，并且无法撤消操作或释放信号量，则信号量将在内存中保持锁定在进程使其处于的状态。 为了防止出现这种情况，SEM_UNDO 控制标志使 semop(2) 为每个信号量操作分配撤消结构，其中包含将信号量返回到其先前状态的操作。 如果进程中止，则系统将应用撤消结构中的操作。 这样可防止异常中止的进程使信号量集处于不一致的状态。
如果进程共享受信号量控制的资源的访问权限，则不应在 SEM_UNDO 生效时对信号量执行操作。 如果当前控制资源的进程异常终止，则假定资源不一致。 其他进程必须能够识别这种情况，以将资源恢复为一致状态。
如果在 SEM_UNDO 生效时执行信号量操作，则在执行反向操作的调用时也必须使 SEM_UNDO 生效。 当进程正常运行时，反向操作会使用补充值更新撤消结构。 这样可确保将应用于撤消结构的值抵消为零，除非进程异常中止。 当撤消结构达到零时，便会被删除。
以不一致的方式使用 SEM_UNDO 可能会导致内存泄漏，因为在重新引导系统之前可能不会释放已分配的撤消结构。
初始化信号量集
semget(2) 可初始化信号量或获取其访问权限。 此调用成功时，会返回信号量 ID (semid)。 密钥参数是与信号量 ID 关联的值。nsems 参数指定信号量数组中的元素数。 如果 nsems 大于现有数组中的元素数，则此调用会失败。 如果不知道正确的计数，则为此参数提供 0 可确保此调用会成功。 semflg 参数指定初始访问权限和创建控制标志。
SEMMNI 系统配置选项可确定信号量数组的最大数目。 SEMMNS 选项可确定所有信号量集中的最大信号量数目。 由于信号量集之间存在分段，因此可能无法分配所有可用信号量。
以下代码说明了 semget(2)。
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
...
key_t key; /* key to pass to semget() */
int semflg; /* semflg to pass to semget() */
int nsems; /* nsems to pass to semget() */
int semid; /* return value from semget() */
...
key = ...
nsems = ...
semflg = ...
...
if ((semid = semget(key, nsems, semflg)) == –1) {
perror("semget: semget failed");
exit(1);
} else
exit(0);
...
控制信号量
semctl(2) 可更改信号量集的权限和其他特性。 必须使用有效的信号量 ID 调用信号量。semnum 值可根据信号量索引选择数组内的信号量。 cmd 参数为以下控制标志之一。
- GETVAL
-
返回单个信号量的值。
- SETVAL
-
设置单个信号量的值。 在这种情况下，arg 被视为 arg.val，其类型为 int。
- GETPID
-
返回针对信号量或数组执行上次操作的进程的 PID。
- GETNCNT
-
返回等待信号量值增加的进程数。
- GETZCNT
-
返回等待特定信号量的值达到零的进程数。
- GETALL
-
返回信号量集中所有信号量的值。 在这种情况下，arg 被视为 arg.array，即指向数组的指针（值的类型为 unsigned short）。
- SETALL
-
设置信号量集中所有信号量的值。 在这种情况下，arg 被视为 arg.array，即指向数组的指针（值为 unsigned short）。
- IPC_STAT
-
从控制结构中返回信号量集的状态信息，并将其放入 arg.buf（指向类型为 semid_ds 的缓冲区的指针）指向的数据结构中。
- IPC_SET
-
设置有效的用户和组标识以及权限。 在这种情况下，arg 被视为 arg.buf。
- IPC_RMID
-
删除指定的信号量集。
进程的属主、创建者或超级用户必须具有有效的用户标识，才能执行 IPC_SET 或 IPC_RMID 命令。 与其他控制命令相同，执行上述两个命令也需要读写权限。
以下代码说明了 semctl(2)。
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
...
register int i;
...
i = semctl(semid, semnum, cmd, arg);
if (i == –1) {
perror("semctl: semctl failed");
exit(1);
...
信号量操作
semop(2) 可针对信号量集执行操作。 semid 参数是先前 semget(2) 调用所返回的信号量 ID。 sops 参数是指向结构数组的指针，其中每种结构都包含以下有关信号量操作的信息：
-
信号量数
-
要执行的操作
-
控制标志（如果存在）
sembuf 结构指定信号量操作，如 sys/sem.h 中所定义。 nsops 参数指定数组的长度，其最大大小由 SEMOPM 配置选项确定。 此选项可确定单个 semop(2) 调用所允许的最大操作数，并缺省设置为 10。
要执行的操作按如下方式确定：
-
正整数使信号量值递增相应的值。
-
负整数使信号量值递减相应的值。 尝试将信号量设置为小于零的值会失败或阻塞，具体取决于 IPC_NOWAIT 是否生效。
-
值为零表示等待信号量值达到零。
可与 semop(2) 一起使用的两个控制标志是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。
- IPC_NOWAIT
-
可以针对数组中的任何操作设置。 如果接口无法执行任何设置了 IPC_NOWAIT 的操作，则使接口返回且不更改任何信号量值。 如果接口尝试以大于信号量当前值的数量递减信号量，或者测试非零信号量等于零，则接口会失败。
- SEM_UNDO
-
当进程存在时，允许撤消数组中的单个操作。
以下代码说明了 semop(2)。
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
...
int i; /* work area */
int nsops; /* number of operations to do */
int semid; /* semid of semaphore set */
struct sembuf *sops; /* ptr to operations to perform */
...
if ((i = semop(semid, sops, nsops)) == –1) {
perror("semop: semop failed");
} else
(void) fprintf(stderr, "semop: returned %d\n", i);
...
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