1、概述
无名信号量可以在相关进程间进行同步,所谓相关进程暂时先简单的理解为父子进程,最后再详细的解释一下。在上一篇博客 无名信号量——线程间同步 https://www.cnblogs.com/Suzkfly/p/14336610.html中已经介绍过信号量相关的各个函数,其中sem_init第二个参数,如果传入的值是非0值,就表示使用的信号量是在进程间共享。
按照这个理解,先来写一个简单的范例程序:
1 #include <stdio.h> 2 #include <semaphore.h> 3 4 int main(int argc, const char *argv[]) 5 { 6 int pid = 0; 7 sem_t sem; 8 int ret = 0; 9 10 ret = sem_init(&sem, 1, 1); /* 初始化信号量的值为1 */ 11 printf("ret = %d\n", ret); 12 13 pid = fork(); 14 15 if (pid == 0) { /* 子进程 */ 16 printf("I'm child\n"); 17 printf("child sem_wait...\n"); 18 sem_wait(&sem); 19 printf("child sem_wait ok\n"); 20 } else if (pid > 0) { /* 父进程 */ 21 sleep(1); 22 printf("I'm parent\n"); 23 printf("parent sem_wait...\n"); 24 sem_wait(&sem); 25 printf("parent sem_wait ok\n"); 26 } 27 28 return 0; 29 }
运行结果:
代码分析:
在代码第10行初始化了信号量初值为1,在父进程中睡眠1秒,表示让子进程先行,子进程wait_sem会成功,但是子进程sem_wait之后,信号量的值就变为0了,到了父进程它再执行sem_wait的时候应该不成功,但从结果上来看,父进程sem_wait也成功了。其实稍微分析一下就能理解,因为fork函数会将进程资源复制一份,此时虽然sem地址值是一样的,但实际上它们指向的是不同的sem。
那么要解决这个问题的思路就很清晰了,让两个进程都能找到同一个sem就可以了。
2、 mmap与munmap函数
mmap在framebuffer程序中用到过,它能用来将一个文件映射到内存中,通过操作内存达到操作文件的效果,并且它映射出来的地址是进程共享的。简单介绍一下mmap函数:
函数原型 | void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); |
头文件 | sys/mman.h |
功能 | 虚拟地址映射 |
参数 |
[in]:addr:指定映射的起始地址,如果填入NULL,则表示由系统自动分配地址,一般都填入NULL。 [in]:length:映射的地址空间大小。 [in]:prot:映射区域的权限。 #PROT_READ:可读 #PROT_WRITE:可写 #PRTO_EXEC:可执行 #PRTO_NONE:不能被访问 [in]:flags: 标志位参数,常用标志如下(其他标志也可以在man手册中查到) #MAP_SHARED:与其他进程共享 #MAP_PRIVATE:不与其他进程共享 MAP_SHARED与MAP_PRIVATE二者必选其一。 #MAP_ANONYMOUS:同MAP_ANON,匿名映射,映射区不与文件关联。 [in]:fd:文件描述符,如果是匿名映射,则该处填入-1。 [in]:offset:文件偏移量,必须是4096的整数倍。 |
返回 | 成功返回映射区地址,失败返回MAP_FAILED,其值为((void*)-1),由于mmap很容易失败,因此必须要去接收mmap的返回值。 |
mmap映射的地址用完之后要使用munmap释放,munmap的函数介绍如下:
函数原型 | int munmap(void *addr, size_t length); |
头文件 |
sys/mman.h |
参数 |
[in]:addr:映射区首地址,就是mmap返回的那个地址。 [in]:length:映射区长度,就是mmap传入的长度。 |
返回 | 成功返回0,失败返回-1 |
我不知道如果不使用munmap释放会造成什么后果,我自己写了测试程序,发现无论用不用munmap释放,用free命令查看都看不出区别, 并且用valgrind工具也看不出来。
介绍这两个函数是为了得到一块共享的匿名地址区域。
3、代码修改
改后代码如下:
1 #include <stdio.h> 2 #include <sys/mman.h> 3 #include <string.h> 4 #include <semaphore.h> 5 6 int main(int argc, const char *argv[]) 7 { 8 sem_t *p_sem = NULL; 9 int pid = 0; 10 int ret = 0; 11 12 p_sem = mmap(NULL, /* 由系统分配地址 */ 13 sizeof(sem_t), /* 申请的地址大小 */ 14 PROT_READ | PROT_WRITE, /* 读写权限 */ 15 MAP_SHARED | MAP_ANON, /* 进程共享,映射区与文件不关联 */ 16 -1, /* 文件描述符,匿名映射传入-1 */ 17 0); /* 偏移量 */ 18 19 printf("p_sem = %p\n", p_sem); 20 21 ret = sem_init(p_sem, 1, 1); /* 进程间使用的信号量,初值为1 */ 22 printf("ret = %d\n", ret); 23 24 pid = fork(); 25 26 if (pid == 0) { /* 子进程 */ 27 printf("I'm child\n"); 28 printf("child sem_wait...\n"); 29 sem_wait(p_sem); 30 printf("child sem_wait ok\n"); 31 } else if (pid > 0) { /* 父进程 */ 32 sleep(1); 33 printf("I'm parent\n"); 34 printf("parent sem_wait...\n"); 35 sem_wait(p_sem); 36 printf("parent sem_wait ok\n"); 37 } 38 39 return 0; 40 }
执行结果:
此时由于子进程获取到了信号量并且没有释放,因此父进程将一直阻塞。该程序中mmap映射的区域不会因为fork而被一分为二,因此p_sem指向的区域其实是同一个东西。malloc有类似的功能,但是malloc出来的地址空间在fork之后也会变为两份。
那么问题来了,现在我知道了p_sem的地址,我如果另外编写一个程序去调用sem_post会怎样呢。设改程序为程序A,另一个测试程序称为程序B,程序B的代码如下:
1 #include <stdio.h> 2 #include <semaphore.h> 3 4 int main(int argc, const char *argv[]) 5 { 6 sem_t *p_sem = (sem_t *)0xb7758000; /* 该地址为p_sem的地址 */ 7 8 sem_post(p_sem); 9 10 return 0; 11 }
注意上面程序传入的p_sem的值根据另一个程序打印出来的结果为准。在程序A的父进程等待信号量的时候执行程序B,程序A能继续执行下去吗,程序B的运行结果如下:
段错误!
我想如果程序B能运行下去,并且让程序A成功获得信号量,那才怪事了,这正是虚拟地址存在的意义啊。这也解释了无名信号量在进程将的同步应该是父子进程的原因。
下面附上在父子进程中实现拉锯操作的代码:
1 #include <stdio.h> 2 #include <sys/mman.h> 3 #include <string.h> 4 #include <semaphore.h> 5 6 int main(int argc, const char *argv[]) 7 { 8 sem_t *p_sem = NULL; 9 int pid = 0; 10 11 p_sem = mmap(NULL, /* 由系统分配地址 */ 12 2 * sizeof(sem_t), /* 申请的地址大小 */ 13 PROT_READ | PROT_WRITE, /* 读写权限 */ 14 MAP_SHARED | MAP_ANON, /* 进程共享,映射区与文件不关联 */ 15 -1, /* 文件描述符,匿名映射传入-1 */ 16 0); /* 偏移量 */ 17 18 sem_init(&p_sem[0], 1, 0); /* 进程间使用的信号量,初值为0 */ 19 sem_init(&p_sem[1], 1, 1); /* 进程间使用的信号量,初值为1 */ 20 21 pid = fork(); 22 23 if (pid == 0) { /* 子进程 */ 24 while (1) { 25 sem_wait(&p_sem[0]); 26 printf("I'm child\n"); 27 sem_post(&p_sem[1]); 28 } 29 } else if (pid > 0) { /* 父进程 */ 30 while (1) { 31 sem_wait(&p_sem[1]); 32 printf("I'm parent\n"); 33 sem_post(&p_sem[0]); 34 } 35 } 36 37 return 0; 38 }
执行结果为交替打印“I’m parent”和“I’m child”,如果地18和第19行sem_init第二个参数传入0,那么结果会是只打印一遍“I’m parent”和“I’m child”。