信号量

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1.mmap内存映射

mmap映射的是磁盘中的文件，而共享内存是将内存映射到用户的进程空间中

原型：void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

• addr：映射的地址空间（如果为空则内核将会自动选择映射的位置）
• length：映射的长度
• prot：对映射内容的保护方式
• flag：标记位
• fd：文件描述符
• offset：偏移量

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

/**
 * 打开一个文件 将文件映射到进程的地址空间中
 * 然后通过设定一些偏移量 来拿到文件的一些内容
*/
#define handle_error(msg) \
	do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

int main(int argc, char *argv[]) {
	struct stat sb;
	off_t offset, pa_offset;
	size_t length;
	//1.命令解析
	if (argc < 3 || argc > 4) {
		fprintf(stderr, "%s file offset [length]\n", argv[0]);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//2.打开文件
	int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
	if (fd == -1) handle_error("open");
	//3.确定偏移量及其错误处理
	if (fstat(fd, &sb) == -1) handle_error("fstat");//获取文件长度
	offset = atoi(argv[2]);
	pa_offset = offset & ~(sysconf(_SC_PAGE_SIZE) - 1);//做页对齐的机制 _SC_PAGE_SIZE页面的大小
	//偏移量大于最大文件长度
	if (offset >= sb.st_size) {
		fprintf(stderr, "offset is past end of file\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//偏移量+length大于最大文件长度
	if (argc == 4) {
		length = atoi(argv[3]);
		if (offset + length > sb.st_size) length = sb.st_size - offset;
	} else {
		length = sb.st_size - offset;
	}
	//4.调用mmap进行内存映射
	char *addr = mmap(NULL, length + offset - pa_offset, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, pa_offset);
	if (addr == MAP_FAILED) handle_error("mmap");
	//5.对需要输出的字符进行打印
	ssize_t s = write(STDOUT_FILENO, addr + offset - pa_offset, length);
	if (s != length) {
		if (s == -1) handle_error("write");
		fprintf(stderr, "partial write");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//6.解开映射关系
	munmap(addr, length + offset - pa_offset);
	close(fd);
	exit(EXIT_SUCCESS);
}

2.semget信号量获取

3.semctl信号量控制

4.semop信号量操作

5.使用案例

1. 创建一个信号量，初始化设置其val为2（每次只有2个进程能够拿到资源）
2. 对临界资源进行PV操作
3. 模拟多个非亲缘关系的进程，对该临界资源访问时的情况
4. 当每个进程访问该临界资源时输出自己是第几次访问即可

#include "head.h"

#define handle_error(msg) \
	do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

union semun {
	int              val;    /* Value for SETVAL */
	struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
	unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
	struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
	(Linux-specific) */
};

//1.创建信号量
int create_sem(const char pathname[], int proj_id, int nsmes) {
	key_t key = ftok(pathname, proj_id);
	int sem_id;
	if ((sem_id = semget(key, nsmes, IPC_CREAT | 0600)) < 0) return -1;//获取信号量集合的识别号
	return sem_id;
}

//2.初始化信号量
int init_sem(int sem_id, int sem_num, int val) {
	union semun arg;
	arg.val = val;//可选操作
	return semctl(sem_id, sem_num, SETVAL, arg);//操作设置为SETVAL
}

//3.定义PV操作
//struct sembuf, containing the following members:
// unsigned short sem_num;  //semaphore number
// short          sem_op;   //semaphore operation
// short          sem_flg;  //operation flags

int P(int sem_id, int sem_num) {//用于判定PV操作是否成功
	struct sembuf sembuff;
	sembuff.sem_num = sem_num;//要操作的是第几个信号量
	sembuff.sem_op = -1;//P操作为-1
	sembuff.sem_flg = SEM_UNDO;//SEM_UNDO当进程结束时 该操作也会自动的将资源释放
	if (semop(sem_id, &sembuff, 1) < 0) return -1;//调用semop进行P-1操作
	return 0;
}

int V(int sem_id, int sem_num) {//用于判定PV操作是否成功
	struct sembuf sembuff;
	sembuff.sem_num = sem_num;//要操作的是第几个信号量
	sembuff.sem_op = 1;//P操作为-1
	sembuff.sem_flg = SEM_UNDO;
	if (semop(sem_id, &sembuff, 1) < 0) return -1;//调用semop进行V+1操作
	return 0;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	//1.创建一个信号量 只有首个进程进行信号量初始化操作
	int sem_id;
	if ((sem_id = create_sem("1.sem.c", 123, 1)) < 0) handle_error("create_sem");
	if (argc > 1) {//并不是所有的进程都在需要进行初始化操作
		if ((init_sem(sem_id, 0, 2) < 0)) handle_error("init_sem");//val设置为2 每次有2个进程能够拿到资源
	}
	
	//2.pv操作 让多个非亲缘关系的进程拿到资源
	int times;
	while (1) {
		if (P(sem_id, 0) < 0) handle_error("P");
		sleep(3);
		times++;
		if (V(sem_id, 0) < 0) handle_error("V");
		//3.输出我时第几次拿到资源
		printf("this is %dth time i got the resource!\n", times);
	}
	return 0;
}