I/O进程4

news2025/7/14 4:05:45
  • day4
    • 九、信号灯集
      • 1.概念
        • 信号灯(semaphore)，也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制；System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。 通过信号灯集实现共享内存的同步操作。
      • 2.编程
        • (1).创建key值
        • (2).创建或打开信号灯集：semget（semaphore）
        • (3).初始化信号灯：semctl
        • (4).PV操作:semop
        • (5).删除信号灯集:semctl
      • 3.函数接口
        • int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
        • 功能：创建/打开信号灯
        • 参数：
        • key：ftok产生的key值    
        • nsems：信号灯集中包含的信号灯数目    
        • semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREAT |IPC_EXCL |0666
        • 返回值：成功：信号灯集ID        失败：-1                                                                                         
        •  int semctl ( int semid, int semnum, int cmd…/*union semun arg*/);
        • 功能：信号灯集合的控制（初始化/删除）
        • 参数：
        • semid：信号灯集ID    
        • semnum: 要操作的集合中的信号灯编号    
        •  cmd：        
        • GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值        
        • SETVAL：设置信号灯的值，需要用到第四个参数：共用体        
        • IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合
        • 返回值：成功 0       失败 -1
        • 用法：初始化： union semun{     int val; }mysemun; mysemun.val = 10;                                                                               
        •  semctl(semid, 0, SETVAL, mysemun);
        • 获取信号灯值：函数semctl(semid, 0, GETVAL)的返回值
        • 删除信号灯集：semctl(semid, 0, IPC_RMID);                                         
        •  int semop ( int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
        • 功能：对信号灯集合中的信号量进行PV操作
        • 参数：
        • semid：信号灯集ID      
        • opsptr:操作方式      
        • nops: 要操作的信号灯的个数 1个
        • 返回值：成功 ：0       失败：-1
        • struct sembuf {    short sem_num; // 要操作的信号灯的编号    short sem_op; // 0 : 等待，直到信号灯的值变成0           // 1 : 释放资源，V操作                    // -1 : 申请资源，P操作     short sem_flg; // 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO };
        • 用法：
        • 申请资源 P操作：    
        • mysembuf.sem_num = 0;    
        • mysembuf.sem_op = -1;    
        • mysembuf.sem_flg = 0;    
        • semop(semid, &mysembuf, 1);
        • 释放资源 V操作：    
        • mysembuf.sem_num = 0;    
        • mysembuf.sem_op = 1;    
        • mysembuf.sem_flg = 0;    
        • semop(semid, &mysembuf, 1);
    • 十、消息队列
      • 1.特点
        • (1).消息队列是一种IPC对象，由消息队列ID来唯一标识
        • (2).消息队列就是一个消息的列表，用户可以在消息队列中添加消息，读取消息
        • (3).消息队列可以按照类型来进行消息的添加与读取
        • (4).消息队列是存在linux内核中，以链表的形式进行存放
      • 2.编程步骤
        • (1).创建key值
        • (2).创建或打开消息队列
        • (3).使用：添加消息：按照类型将消息添加到已打开的消息队列末尾 读取消息：按照类型从消息队列中读取消息
        • (4).删除消息队列
      • 3.函数接口
        • int msgget(key_t key, int flag);
        • 功能：创建或打开一个消息队列
        • 参数： key值        flag：创建消息队列的权限IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
        • 返回值：成功：msgid        失败：-1                                                                                               
        • int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t size, int flag);
        • 功能：添加消息
        • 参数：
        • msqid：消息队列的ID      
        • msgp：指向消息的指针。常用消息结构msgbuf如下：           struct msgbuf{             long mtype; //消息类型             char mtext[N]}； //消息正文    
        • size：发送的消息正文的字节数    
        • flag：IPC_NOWAIT消息没有发送完成函数也会立即返回          0：直到发送完成函数才返回
        • 返回值：成功：0       失败：-1
        • 使用：msgsnd(msgid, &msg,sizeof(msg)-sizeof(long), 0)
        • 注意：消息结构除了第一个成员必须为long类型外，其他成员可以根据应用的需求自行定义。                                                                                            
        • int msgrcv(int msgid, void* msgp, size_t size, long msgtype, int flag);
        • 功能：读取消息
        • 参数：
        • msgid：消息队列的ID      
        • msgp：存放读取消息的空间    
        • size：接受的消息正文的字节数    
        • msgtype：0：接收消息队列中第一个消息。             大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息.             小于0：接收消息队列中类型值不小于msgtyp的绝对值且类型值又最小的消息。    
        •  flag：0：若无消息函数会一直阻塞        
        • IPC_NOWAIT：若没有消息，进程会立即返回ENOMSG
        • 返回值：成功：接收到的消息的长度       失败：-1                                                                                                
        • int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
        • 功能：对消息队列的操作，删除消息队列
        • 参数：
        • msqid：消息队列的队列ID      
        • cmd：        
        • IPC_STAT：读取消息队列的属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中。        
        • IPC_SET：设置消息队列的属性。这个值取自buf参数。        
        • IPC_RMID：从系统中删除消息队列。      
        • buf：消息队列缓冲区
        • 返回值：成功：0       失败：-1
        • 用法：msgctl（msgid, IPC_RMID, NULL）

      • 4.命令
        • ipcs -q：查看系统中消息队列
        • ipcrm -q msgid：删除系统中的消息队列

    • 十一、线程：实现多任务编程
      • 1.概念
        • 线程是一个轻量级的进程，为了提高系统性能引入的线程 Linux里同样用task_struct来描述一个线程。 线程和进程都参与统一的调度。
      • 2.进程与线程的区别
        • 共性：都为操作系统提供了并发执行能力。
        • 不同点： 调度和资源：线程是系统调度的最小单位，进程是资源分配的最小单位。地址空间方面：同一个进程创建的多个线程共享进程的资源；进程的地址空间相互独立。通信方面：线程通信相对简单，只需要通过全局变量可以实现，但是需要考虑临界资源访问的问题；进程通信比较复杂，需要借助进程间的通信机制(借助3g-4g内核空间)。安全性方面：线程安全性差一些，当进程结束时会导致所有线程退出；进程相对安全。
      • 3.线程资源
        • 共享的资源：可执行的指令、静态数据、进程中打开的文件描述符、信号处理函数、当前工作目录、用户ID、用户组ID
        • 私有的资源：线程ID (TID)、PC(程序计数器)和相关寄存器、堆栈、错误号 (errno)、信号掩码和优先级、执行状态和属性
      • 4.函数接口
        • 4.1创建线程
          • int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
          • 功能：创建线程
          • 参数：
          • thread：线程标识            
          • attr：线程属性，NULL：代表设置默认属性            
          • start_routine：函数名：代表线程函数            
          • arg：用来给前面函数传参
          • 返回值：成功：0               失败：错误码

        • 4.2退出线程
          • int pthread_exit(void *value_ptr)
          • 功能：用于退出线程的执行
          • 参数：value_ptr：线程退出时返回的值（任意类型）
          • 返回值：成功 ： 0         失败：errno
        • 4.3线程回收
          • int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr)
          • 功能：用于等待一个指定的线程结束，阻塞函数
          • 参数：
          • thread：创建的线程对象        
          • value_ptr：指针*value_ptr指向线程返回的参数
          • 返回值：成功 ： 0        失败：errno                                                                  
          • int pthread_detach(pthread_t thread); 
          • 功能：让线程结束时自动回收线程资源,让线程和主线程分离
          • 参数：thread：线程ID

        • 4.4获取线程号
          • pthread_t pthread_self(void);
          • 功能：     获取线程号
          • 返回值：     成功：调用此函数线程的ID

        • 4.5练习： 通过线程实现数据的交互，主线程循环从终端输入，线程函数将数据循环输出，当输入quit结束程序。（输入一次，打印一次） 标志位：输入是否完成/输出是否完成

      • 5.线程同步：信号量
        • 5.1linux信号量的分类
          • (1). 内核信号量 由内核控制路径使用，类似于自旋锁
          • (2). Posix信号量   a. 无名信号量：数据存储在内存中，通常在线程间使用或父子进程间 函数接口：sem_init\sem_wait\sem_post   b. 有名信号量：数据存储在文件中，在进程间线程间都可以使用 函数接口：sem_open\sem_wait\sem_post\sem_close
          • (3). System V信号量 是信号量的集合，叫信号灯集，属于IPC对象 函数接口：semget\semctl\semop
        • 5.2无名信号量基础
          • 通过信号量实现线程间同步。
          • 信号量：通过信号量实现同步操作；由信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待。信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量，信号量值>0，表示有资源可以用，可以申请到资源，继续执行程序，信号量值<=0，表示没有资源可以用，无法申请到资源，阻塞。
          • 信号量是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问：初始化sem_init、Ｐ操作(申请资源)sem_wait、Ｖ操作(释放资源)sem_post。信号量的值为非负整数。
        • 5.3函数接口
          • int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
          • 功能：初始化信号量
          • 参数：
          • sem：初始化的信号量对象    
          • pshared：信号量共享的范围(0: 线程间使用 非0:1进程间使用)    
          • value：信号量初值 返回值：成功 0       失败 -1                                                                                                           
          •  int sem_wait(sem_t *sem)
          • 功能：申请资源 P操作
          • 参数：sem：信号量对象
          • 返回值：成功 0       失败 -1
          • 注：此函数执行过程，当信号量的值大于0时，表示有资源可以用，则继续执行，同时对信号量减1；当信号量的值等于0时，表示没有资源可以使用，函数阻塞。               
          • int sem_post(sem_t *sem)
          • 功能：释放资源 V操作
          • 参数：sem：信号量对象
          • 返回值：成功 0       失败 -1 注：释放一次信号量的值加1，函数不阻塞

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