在多个进程之间共享POSIX信号量

Question

null

Answer 1

我需要创建共享内存还是仅仅实现命名信号量？

任何一种方法都行得通。选择一个并使用它--尽管我个人更喜欢命名信号量，因为您不必处理内存分配和设置共享内存段。在我看来，创建和使用命名信号量的界面更加友好。

使用命名信号量，在示例场景中，会发生如下情况：

• 使用sem_open(3)在父进程中创建和初始化信号量。给它一个孩子进程会知道的众所周知的名字；此名称用于查找系统中的信号量。
• 关闭父级中的信号量，因为它不会使用它。
• 分叉并执行
• 用sem_unlink(3)取消信号量的链接。这必须准确地做一次；在哪里并不重要（任何对信号量对象有引用的进程都可以做到这一点）。如果其他进程仍然打开一个信号量，则可以取消它的链接：只有当所有其他进程都关闭它时，信号量才会被销毁，但请记住，名称将立即删除，因此新进程将无法找到并打开信号量。

下面是我刚才描述的一个例子。父进程创建一个命名的信号量，forks+执行两个子进程，每个子进程查找并打开信号量，并使用它在彼此之间进行同步。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

#define SEM_NAME "/semaphore_example"
#define SEM_PERMS (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP)
#define INITIAL_VALUE 1

#define CHILD_PROGRAM "./sem_chld"

int main(void) {

    /* We initialize the semaphore counter to 1 (INITIAL_VALUE) */
    sem_t *semaphore = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT | O_EXCL, SEM_PERMS, INITIAL_VALUE);

    if (semaphore == SEM_FAILED) {
        perror("sem_open(3) error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* Close the semaphore as we won't be using it in the parent process */
    if (sem_close(semaphore) < 0) {
        perror("sem_close(3) failed");
        /* We ignore possible sem_unlink(3) errors here */
        sem_unlink(SEM_NAME);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid_t pids[2];
    size_t i;

    for (i = 0; i < sizeof(pids)/sizeof(pids[0]); i++) {
        if ((pids[i] = fork()) < 0) {
            perror("fork(2) failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        if (pids[i] == 0) {
            if (execl(CHILD_PROGRAM, CHILD_PROGRAM, NULL) < 0) {
                perror("execl(2) failed");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        }
    }

    for (i = 0; i < sizeof(pids)/sizeof(pids[0]); i++)
        if (waitpid(pids[i], NULL, 0) < 0)
            perror("waitpid(2) failed");

    if (sem_unlink(SEM_NAME) < 0)
        perror("sem_unlink(3) failed");

    return 0;
}

注意，sem_unlink(3)在两个子节点终止后调用；虽然这不是必需的，但如果在此之前调用，则父进程断开信号量与启动和打开信号量的两个子进程之间会出现争用情况。不过，一般来说，只要您知道所有必需的进程都打开了信号量，并且没有新的进程需要查找信号量，您就可以立即取消链接。

以下是sem_chld的代码，它只是一个展示共享信号量用法的小玩具程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>

#define SEM_NAME "/semaphore_example"
#define ITERS 10

int main(void) {
    sem_t *semaphore = sem_open(SEM_NAME, O_RDWR);
    if (semaphore == SEM_FAILED) {
        perror("sem_open(3) failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int i;
    for (i = 0; i < ITERS; i++) {
        if (sem_wait(semaphore) < 0) {
            perror("sem_wait(3) failed on child");
            continue;
        }

        printf("PID %ld acquired semaphore\n", (long) getpid());

        if (sem_post(semaphore) < 0) {
            perror("sem_post(3) error on child");
        }

        sleep(1);
    }

    if (sem_close(semaphore) < 0)
        perror("sem_close(3) failed");

    return 0;
}

您可以通过在公共头文件中定义信号量名称并将其包含在每个程序的代码中来消除保持两个源文件之间的同步的需要。