Linux System V信号量：实现进程同步与互斥操作详解

Linux System V信号量是一种在多进程环境中实现同步和互斥操作的关键工具。它与其他System V的通信机制（如消息队列和共享内存）有所不同，专注于进程间的协作，确保在并发访问共享资源时的顺序执行。信号量的核心概念是基于整数值，大于等于0表示可用资源，小于0则表示资源已被占用。 首先，信号量操作主要通过以下三个函数进行： 1. **semget()函数**：这是创建或打开一个信号量集的关键函数，参数包括： - `key_t key`：进程间通信的IPC键，用于唯一标识信号量集。 - `int nsems`：信号量集合中的元素数量。 - `int semflg`：标志位，指定信号量集的属性，如权限和创建行为。 2. **semctl()函数**：用于对信号量进行控制操作，比如获取或设置信号量的值，或者改变信号量的属性。它接受的参数包括： - `int semid`：信号量集的标识符。 - `int semnum`：信号量在集合中的索引。 - `int cmd`：操作类型，如SEMTIMEO（设置超时）、SEMGET（获取信息）等。 - `union semun arg`：操作参数，如要改变的值或返回的信息结构。 3. **semop()函数**：这是进行实际信号量操作的函数，它接收： - `int semid`：信号量集标识符。 - `struct sembuf sops[]`：操作向量，包含每个操作的指令，如减去（P操作）或增加（V操作）信号量的值。 - `size_t nsops`：操作向量的大小。 在示例代码中，我们看到一个简单的互斥计数器实现，通过`fork()`函数创建父子进程。父进程和子进程分别尝试增加计数器，直到达到1000。为了防止同时访问，通过`semop()`调用信号量进行互斥控制。当子进程试图减少信号量（`sem_op`为负值）时，如果信号量不足（小于0），会阻塞子进程，让其他进程有机会执行。父进程通过`wait()`函数等待子进程完成。 总结起来，Linux System V信号量提供了一种有效的机制来确保进程间的协作和同步，避免资源竞争导致的问题。它们在许多并发和分布式系统中发挥着关键作用，通过控制信号量的增减操作，实现了进程之间的互斥和同步。理解并熟练运用这些函数和操作，是进行高效并发编程的基础。