如何在 C 中的共享内存中创建信号量？

Question

我的任务是创建两个不同的 C 文件，然后使用信号量进行进程同步（我同时运行两个 C 文件）。

我主要关心的是：如果我想访问两个进程（C 文件的可执行文件）中的信号量，我需要在共享内存中创建信号量。 我还需要创建二进制信号量。

因为这是我的第一个程序，有人可以建议如何开始吗？

我能够创建和使用共享内存，在线程中使用信号量。我也看了YouTube上的一些讲座，但找不到合适的解决方案。

Answer 1

跨进程信号量是操作系统特定的操作。

这些共享的大部分内容是，您在一个进程中创建信号量，通过一个被称为信号量名称的虚拟路径。如果权限设置正确，您可以使用相同的虚拟路径在另一个进程中打开信号量。这些虚拟路径通常不是真正的文件系统路径，即使它们看起来很熟悉。

在基于 POSIX/System V 的系统上，您通常有两种选择。 this answer 很好地解释了这两个选项之间的差异。

System V 信号量

这些是基于路径的信号量，可以通过semget() 获得：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>    
#include <sys/sem.h>

int sem;
int sem_id = 1;
key_t key;

key = ftok("/virtualpathtosemaphore", 1);
// create a new semaphore
sem = semget(key, 1, IPC_CREAT);
// use sem = semget(key, 1, 0); to attach to an existing semaphore
// flags also contain access rights, to take care to set them appropriately

// increment semaphore
struct sembuf semopinc = {
  .sem_num = 0,
  .sem_op = 1,
  .sem_flg = 0
};    
semop(sem, &semopinc, 1);

/* decrement semaphore, may block */
struct sembuf semopdec = {
  .sem_num = 0,
  .sem_op = -1,
  .sem_flg = 0
};   
semop(sem, &semopdec, 1);

请注意，清理信号量很重要，因为 System V 信号量会一直存在，直到显式取消链接。当一个进程在没有清理其信号量的情况下崩溃时，这是一个问题（例如，FreeBSD 带有一个实用程序 ipcrm 删除悬空的 System V IPC 对象）。

POSIX 信号量

这些实际上实现得不太广泛，因此请检查您的内核是否支持它们。这些的命名版本是通过sem_open()获得的。

#include <semaphore.h>

sem_t *sem;
sem = sem_open("/nameofsemaphore", O_CREAT, permissions, 0);
// use sem = sem_open("/nameofsemaphore", 0) to open an existing semaphore

/* increment semaphore */
sem_post(sem);

/* decrement semaphore */
sem_wait(sem);

当具有信号量句柄的最后一个进程退出时，POSIX 信号量被隐式销毁。据传它们比 System V 信号量更快

Windows

Windows 有自己的信号量 API：信号量由 CreateSemaphore() 创建。

Windows 使用与 POSIX 相同的命名技巧，但具有不同的命名空间约定。

HANDLE hSem;
hSem = CreateSemaphore(NULL, 0, LONG_MAX, _T("Local\\PathToMySemaphore");

// Use OpenSemaphore() to attach to an existing semaphore

// increment semaphore:
ReleaseSemaphore(hSem, 1, NULL);

// decrement semaphore
WaitForSingleObject(hSem, 0);

在调整上述示例时不要忘记添加错误检查。另请注意，我故意忽略权限以简化代码。不要忘记添加相关标志。

除此之外，您还可以（通常在真正信号量出现之前这样做）滥用文件锁作为二进制互斥锁的一种形式。

Answer 2

你说你使用的是 Ubuntu GNU/Linux，所以...

使用命名信号量！

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

// On first process (the one that creates the semaphore)

char semaphoreName[1 + 6 + 1];
semaphoreName[0] = '/';
semaphoreName[1 + snprintf(&semaphore[1], 6 + 1, "%d", getpid())] = '/0';

sem_t *sem = sem_open(semaphoreName, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR, 0);

// On second process

sem_t *sem = sem_open(semaphoreName, O_RDWR);