• 本文目录导读：
• 1、什么是有名信号量？
• 2、如何创建和初始化一个有名信号量？
• 3、如何使用有名信号实现进程同步和相互排斥？

在多进程编程中，进程之间的同步和相互排斥是一个非常重要的问题。为了解决这个问题，POSIX提供了一种机制：有名信号量。本文将会介绍有名信号量的基本概念、使用方法以及它在实际编程中的应用。

什么是有名信号量？

在介绍有名信号量之前，我们先来看一下什么是信号量。简单来说，信号量就是一个计数器。当某个进程需要访问某个共享资源时，它需要先获取该资源对应的信号量，并将其减1（如果当前值为0，则阻塞等待）。当该进程使用完共享资源后，需要释放对应的信号量，并将其加1。

而有名信号量则是可以被多个进程同时访问和使用的一种特殊类型的信号量。它不仅可以被同一程序内部不同线程所使用，还可以被不同程序之间所共享。

如何创建和初始化一个有名信号量？

POSIX提供了两种方式来创建和初始化一个有名信号：

– 使用`sem_open()`函数

– 使用`sem_init()`函数

其中`sem_open()`函数的原型为：

“`

sem_t * sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);

该函数根据给定的信号量名称创建或打开一个已经存在的有名信号量。其中`oflag`参数用于指定打开方式，可以是以下几种值之一：

– `O_CREAT`: 如果指定名称的信号量不存在，则创建它。

– `O_EXCL`: 与`O_CREAT`一起使用，如果指定名称的信号量已经存在，则返回错误。

而对于`mode`参数，则用于设置新建文件或目录的访问权限。最后一个参数则是设置初始计数器值。

另外一种方式是使用`sem_init()`函数来初始化一个有名信号量：

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

其中第一个参数为要初始化的信号量变量地址，第二个参数表示是否允许不同进程间共享该信号（0表示只允许同一进程内共享），第三个参数则是初始计数器值。

如何使用有名信号实现进程同步和相互排斥？

在实际编程中，我们通常会使用有名信号来解决多进程之间资源竞争、死锁等问题。下面我们将通过两个示例程序来说明如何使用有名信号实现这些功能。

首先是资源竞争问题。假设我们需要让两个进程分别对一个文件进行读写操作，但是由于没有同步机制，它们可能会同时访问该文件，导致数据出现错误。这时我们可以使用有名信号量来解决：

“`c

#include

#include

#include

#include

#include

#define SEM_NAME “/my_semaphore”

int main() {

sem_t *sem = sem_open(SEM_NAME, O_CREAT | O_EXCL, 0666, 1);

if (sem == SEM_FAILED) {

perror(“sem_open error”);

exit(1);

}

pid_t pid = fork();

if (pid == -1) {

perror(“fork error”);

} else if (pid == 0) { // 子进程

sem_wait(sem); // 获取信号量

printf(“Child process is writing file…n”);

sleep(3); // 模拟写入过程

printf(“Child process finished.n”);

sem_post(sem); // 释放信号量

} else { // 父进程

sleep(1);

sem_wait(sem);

printf(“Parent process is reading file…n”);

sleep(2);// 模拟读取过程

printf(“Parent process finished.n”);

sem_post(sem);

}

return 0;

}

在上面的示例程序中，我们首先创建了一个初始值为`1`的有名信号对象，并将其赋值给指针变量`sem`。然后通过调用`fork()`函数来创建子进程，父进程和子进程分别对该文件进行读写操作。在访问前，它们都会使用`sem_wait()`函数来获取信号量，并在访问结束后使用`sem_post()`函数来释放信号量。

通过这种方式，我们就可以保证每次只有一个进程能够访问该文件，从而避免了资源竞争问题。

接下来是死锁问题。假设我们需要实现一个程序，在其中两个线程按照固定顺序交替打印数字。如果没有同步机制，则可能会出现死锁情况。这时我们可以使用有名信号量来解决：

#include

int count = 1;

void *print_odd(void *arg) {

sem_t *sem = (sem_t *) arg;

while (count <= 10) {

sem_wait(sem);

if ((count & 1) == 1) { // 判断奇数

printf(“Thread %d: %dn”, *(int *) pthread_self(), count++);

}

sem_post(sem);

void *print_even(void *arg) {

if ((count & 1) == 0) { // 判断偶数

pthread_t tids[2];

int args[2] = {1, 2};

pthread_create(&tids[0], NULL, print_odd, &sem);

pthread_create(&tids[1], NULL, print_even,&sem);

for (int i = 0; i < 2; ++i) {

pthread_join(tids[i], NULL);

在上面的示例程序中，我们首先创建了一个初始值为`1`的有名信号对象，并将其赋值给指针变量`sem`。然后通过调用`pthread_create()`函数来创建两个线程，分别执行奇数和偶数打印任务。在访问前，它们都会使用`sem_wait()`函数来获取信号量，并在访问结束后使用`sem_post()`函数来释放信号量。

通过这种方式，我们就可以保证两个线程按照固定顺序交替打印数字，避免了死锁问题。

有名信号量是一种非常实用的机制，在多进程编程中