1 Взаимодействие процессов в ос unix с применением семафоров (20) – 93

В информатике понятие семафор (semaphore) было впервые введено голланд­ским теоретиком Е.В. Дейкстрой (E.W. Dijkstra) для решения задач синхрониза­ции процессов. Семафор sem может рассматриваться как целочисленная перемен­ная, для которой определены следующие операции:

p(sem) или wait (sem)

if (sem !=0)

уменьшить sem на единицу

else

ждать, пока sem не станет ненулевым, затем вычесть единицу

v(sem) или signal (sem)

увеличить sem на единицу

if (очередь ожидающих процессов не пуста)

продолжить выполнение первого процесса в очереди ожидания

Обратите внимание, что обозначения р и v происходят от голландских терми­нов для понятий ожидания (wait) и сигнализации (signal), причем последнее по­нятие не следует путать с обычными сигналами UNIX.

Действия проверки и установки в обеих операциях должны составлять одно атомарное действие, чтобы только один процесс мог изменять семафор sem в каж­дый момент времени.

Системный вызов semget

Описание

#include <sys\sem.h>

int semget(key_t key, int nsems, int permflags);

Вызов semget аналогичен вызову msgget. Дополнительный параметр nsems задает требуемое число семафоров в наборе семафоров; это важный момент - семафорные операции в System V IPC приспособлены для работы с наборами семафоров, а не с отдельными объектами семафоров. На рис. 8.2 показан набор семафоров. Ниже увидим, что использование целого набора семафоров усложняет интерфейс процедур работы с семафорами.

Значение, возвращаемое в результате успешного вызова semget, является идентификатором набора семафоров (semaphore set identifier), который ведет себя

Рис. 4.1. Набор семафоров

почти так же, как идентификатор очереди сообщений. Идентификатор набора семафоров обозначен на рис. 4.1 как semid. Следуя обычной практике языка С, ин­декс семафора в наборе может принимать значения от 0 до nsems-1.

С каждым семафором в наборе связаны следующие значения:

semval Значение семафора, положительное целое число. Устанавливается при помощи системных вызовов работы с семафорами, то есть к зна­чениям семафоров нельзя получить прямой доступ из программы, как к другим объектам данных.

sempid Идентификатор процесса, который последним работал с семафором.

semcnt Число процессов, ожидающих увеличения значения семафора.

semzcnt Число процессов, ожидающих обнуления значения семафора.

Системный вызов semctl

Описание

#include <sys/sem.h>

int semctl (int semid, int sem_num, int command, union semun ctl_arg);

Из определения видно, что функция semctl намного сложнее, чем msgctl. Па­раметр semid должен быть допустимым идентификатором семафора, возвращен­ным вызовом semget. Параметр command имеет тот же смысл, что и в вызове msgctl, - задает требуемую команду. Команды распадаются на три категории: стандартные команды управления средством межпроцессного взаимодействия (такие как IPC_STAT); команды, которые воздействуют только на один семафор; и команды, действующие на весь набор семафоров. Все доступные команды при­ведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1. Коды функций вызова semctl

Стандартные функции межпроцессного взаимодействия

IPC_STAT Поместить информацию о статусе в поле ctl_arg.stat IPC_SET Установить данные о владельце/правах доступа IPC_RMID Удалить набор семафоров из системы

Операции над одиночными семафорами (относятся к семафору sem_num, значение возвращается вызовом semctl)

GETVAL Вернуть значение семафора ( то есть setval ) SETVAL Установить значение семафора равным ctl_arg.val GETPID Вернуть значение sempid GETNCNT Вернуть semncnt (см. выше) GETZCNT Вернуть semzcnt (см. выше)

Операции над всеми семафорами

GETALL Поместить значение setval в массив ctl_arg.array SETALL Установить все значения setval из массива ctl_arg.array

Параметр sem_num используется со второй группой возможных операций вы­зова semctl для задания определенного семафора. Последний параметр ctl_arg является объединением, определенным следующим образом:

union semun

{

int val;

struct semid_ds *buf;

unsigned short *array;

};

Каждый элемент объединения представляет некоторый тип значения, переда­ваемого вызову semctl при выполнении определенной команды. Например, если значение command равно SETVAL, то будет использоваться элемент ctl_arg.val.

Одно из важных применений функции setval заключается в установке на­чальных значений семафоров, так как вызов semget не позволяет процессу сделать это. Приведенная в качестве примера функция initsem может использовать­ся для создания одиночного семафора и получения связанного с ним иденти­фикатора набора семафоров. После создания семафора (если семафор еще не существовал) функция semctl присваивает ему начальное значение равное единице.

/* Функция initsem - инициализация семафора */

#include "pv.h"

int initsem(key_t semkey)

{

int status = 0, semid;

if ( (semid = semget(semkey, 1, SEMPERM|IPC_CREAT|IPC_EXCL)) == -1)

{

if(errno = EEXIST)

semid = semget(semkey, 1, 0) ;

}

else /* Если семафор создается */

{

union semun arg;

arg.val = 1;

status = semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

}

if(semid == -1|| status == -1)

{

perror("Ошибка вызова initsem");

return (-1);

}

/* Все в порядке */

return (semid);}

Включаемый файл pv. h содержит следующие определения:

/* Заголовочный файл для примера работы с семафорами */

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/sem.h>

#include <errno.h>

#define SEMPERM 0600

#define TRUE 1

#define FALSE 0

typedef union _semun

{

int val;

struct semid_ds *buf;

ushort *array;

} semun;