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作為一種常用的進(jìn)程間通信方式，信號(hào)量在Linux系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其機(jī)制簡(jiǎn)單而高效。本文將深入探究Linux進(jìn)程通信中信號(hào)量的特點(diǎn)、使用方法和實(shí)現(xiàn)原理。
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一、信號(hào)量特點(diǎn)
1. 二進(jìn)制或計(jì)數(shù)器類型
Linux信號(hào)量可分為二進(jìn)制類型和計(jì)數(shù)器類型兩種。二進(jìn)制類型只有兩個(gè)狀態(tài)，為0或1，用于互斥操作，即保證同一時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)共享資源；計(jì)數(shù)器類型則可以取任意正整數(shù)值，用于記錄可用資源的數(shù)量。
2. 原子操作
在Linux系統(tǒng)中，信號(hào)量的操作都是原子操作，即在操作期間不會(huì)被中斷，保證數(shù)據(jù)的完整性和正確性。
3. 等待隊(duì)列
當(dāng)某個(gè)進(jìn)程等待信號(hào)量釋放時(shí)，Linux會(huì)把該進(jìn)程加入等待隊(duì)列中，并在信號(hào)量釋放時(shí)，自動(dòng)將等待隊(duì)列中的進(jìn)程喚醒。
二、信號(hào)量使用方法
1. 創(chuàng)建信號(hào)量
信號(hào)量的創(chuàng)建使用系統(tǒng)調(diào)用semget()函數(shù)，該函數(shù)返回一個(gè)信號(hào)量的標(biāo)識(shí)符（稱為信號(hào)量ID）。創(chuàng)建一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)量時(shí)，使用IPC_EXCL標(biāo)志可以防止重復(fù)創(chuàng)建同名的信號(hào)量。
2. 初始化信號(hào)量
在創(chuàng)建信號(hào)量后，必須對(duì)其進(jìn)行初始化。初始化信號(hào)量時(shí)，使用seminit()函數(shù)設(shè)置信號(hào)量的初值。對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)量，初值應(yīng)設(shè)置為1；對(duì)于計(jì)數(shù)器信號(hào)量，初值應(yīng)為可用資源的數(shù)量。
3. 操作信號(hào)量
在進(jìn)程間進(jìn)行信號(hào)量操作時(shí)，使用semop()函數(shù)進(jìn)行操作。其中，sembuf結(jié)構(gòu)體用于描述信號(hào)量操作，包括操作信號(hào)量ID、信號(hào)量標(biāo)號(hào)、信號(hào)量操作類型和操作數(shù)。
信號(hào)量的操作類型包括3種：
– P操作：如果信號(hào)量的值為0，則休眠等待；否則減1。
– V操作：增加信號(hào)量值，并釋放等待該信號(hào)量的進(jìn)程。
– Z操作：將信號(hào)量值置0。
4. 控制信號(hào)量
與信號(hào)量相關(guān)的控制函數(shù)包括semctl()、semget()和semop()，可用于統(tǒng)計(jì)、刪除信號(hào)量及其相關(guān)的共享內(nèi)存和消息隊(duì)列等。
三、信號(hào)量實(shí)現(xiàn)原理
信號(hào)量操作需要依賴內(nèi)核維護(hù)的信號(hào)量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Linux內(nèi)核中，信號(hào)量使用的主要結(jié)構(gòu)體為sem_array和sem。其中，sem_array是一個(gè)信號(hào)量，每個(gè)包括多個(gè)sem結(jié)構(gòu)體，每個(gè)sem結(jié)構(gòu)體對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的信號(hào)量。sem結(jié)構(gòu)體中保存了信號(hào)量的值及與之有關(guān)的等待隊(duì)列等信息。
在Linux內(nèi)核中，對(duì)信號(hào)量的操作主要有以下兩個(gè)流程：
1. P操作流程
P操作的主要目的是申請(qǐng)互斥訪問(wèn)共享資源。因此，在P操作期間，需要保證多個(gè)進(jìn)程不會(huì)同時(shí)申請(qǐng)信號(hào)量。其實(shí)現(xiàn)流程如下：
– 獲取信號(hào)量對(duì)應(yīng)的sem結(jié)構(gòu)體。
– 如果信號(hào)量的值小于等于0，則當(dāng)前進(jìn)程將被加入等待隊(duì)列中，并被掛起。
– 如果信號(hào)量的值大于0，則將信號(hào)量值減1，當(dāng)前進(jìn)程獲得信號(hào)量的訪問(wèn)權(quán)限。
2. V操作流程
V操作的主要目的是釋放對(duì)共享資源的訪問(wèn)權(quán)限。其實(shí)現(xiàn)流程如下：
– 獲取信號(hào)量對(duì)應(yīng)的sem結(jié)構(gòu)體。
– 將信號(hào)量值加1。
– 如果有等待隊(duì)列中的進(jìn)程等待該信號(hào)量，則將其喚醒并加入運(yùn)行隊(duì)列中。
信號(hào)量作為L(zhǎng)inux進(jìn)程通信的一種方式，具有簡(jiǎn)單、高效、可靠等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛的使用。掌握信號(hào)量的使用方法和實(shí)現(xiàn)原理，對(duì)于理解Linux進(jìn)程通信機(jī)制具有重要的作用。
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簡(jiǎn)述Linux進(jìn)程間通信的幾種方式
進(jìn)程間通訊進(jìn)程間通信就是不同進(jìn)程之間傳播或交換信息，進(jìn)程的用戶空間是互相獨(dú)立的，進(jìn)程之間可以利用系統(tǒng)空間交換信息。
管道(pipe)管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)。如果要進(jìn)行雙工通信，需要建立兩個(gè)管道。
管道只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用，例如父子進(jìn)程或兄弟進(jìn)程。
有名管道(named pipe)
有名管道也是雙半工的通信方式，但它允許無(wú)親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用。
信號(hào)量(semophore)
信號(hào)量常用來(lái)作為一種鎖機(jī)制來(lái)使用，它是一個(gè)記數(shù)器，用來(lái)控制多進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問(wèn)，防止多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)共享資源。信號(hào)量主要用作為進(jìn)程間或同一進(jìn)程間不同線程之間的同步手段。
信號(hào)(sinal)
信號(hào)是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某些事件已經(jīng)發(fā)生，要注意信號(hào)處理中調(diào)用的函數(shù)是否為信號(hào)安全。
消息隊(duì)列(message queue)
消息隊(duì)列是由消息的鏈表組成，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。
共享內(nèi)存(shared memory)
共享內(nèi)存就是映射察燃手一段被其他進(jìn)程所訪問(wèn)的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，可由多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)。共享內(nèi)存是最快的IPC方式，它是針對(duì)其他進(jìn)程間通信方式的低運(yùn)行效率而專門設(shè)計(jì)的。它往往與其他通信機(jī)制，如信號(hào)量，配合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。
套接段纖字(socket)
套接字也是進(jìn)程間通信的一種方式，與其他方式不同的是，它可以用在不同主機(jī)間的進(jìn)程通信（也是它的主要用途）。
幾種方式的缺點(diǎn)
管道： 速度慢，容量有限，只能用于親緣關(guān)系進(jìn)程間通敗嫌信。
有名管道： 同管道，不過(guò)允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間通信。
消息隊(duì)列： 容量受系統(tǒng)限制，隊(duì)列中會(huì)遺留數(shù)據(jù)，讀時(shí)要考慮到這些未讀完的數(shù)據(jù)。
信號(hào)量： 主要用于同步，無(wú)法傳遞復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息。
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當(dāng)前題目：深入探究：Linux進(jìn)程通信之信號(hào)量(linux進(jìn)程通信信號(hào)量)
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