Основы программирования в Linux

К счастью, большинство задач, нуждающихся в семафорах, можно решить, применяя единственный бинарный семафор — простейший тип семафора. В следующем примере (упражнение 14.1) вы используете полный программный интерфейс для создания очень простого интерфейса типа Р и V для бинарного семафора. Затем вы примените этот простенький интерфейс для демонстрации того, как функционируют семафоры.

В экспериментах с семафорами будет использоваться единственная программа sem1.с, которую вы сможете запускать несколько раз. Необязательный параметр будет применяться для того, чтобы показать, отвечает ли программа за создание и уничтожение семафора.

Вывод двух разных символов будет обозначать вход в критическую секцию и выход из нее. Программа, запущенная с параметром, выводит X при входе в критическую секцию и выходе из нее. Другие экземпляры запущенной программы будут выводить символ О при входе в свои критические секции и выходе из них. Поскольку в любой заданный момент времени только один процесс способен войти в свою критическую секцию, все символы X и O должны появляться парами.

Упражнение 14.1. Семафоры

1. После системных директив #include вы включаете файл semun.h. Он определяет объединение типа semun в соответствии со стандартом X/Open, если оно уже не описано в системном файле sys/sem.h. Далее следуют прототипы функций и глобальная переменная, расположенные перед входом в функцию main. В ней создается семафор с помощью вызова semget, который возвращает ID семафора. Если программа вызывается первый раз (т.е. вызывается с параметром и argc > 1), выполняется вызов set_semvalue для инициализации семафора и переменной op_char присваивается значение O.

 #include <unistd.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <sys/sem.h>
 #include "semun.h"

 static int set_semvalue(void);
 static void del_semvalue(void);
 static int semaphore_p(void);
 static int semaphore_v(void);
 static int sem_id;
 int main(int argc, char *argv[]) {
  int i;
  int pause_time;
  char op_char = 'О';
  srand((unsigned int)getpid);
  sem_id = semget((key_t)1234, 1, 0666 | IPC_CREAT);
  if (argc >1) {
  if (!set_semvalue) {
  fprintf(stderr, "Failed to initialize semaphore\n");
  exit(EXIT_FAILURE);
  }
  op_char = 'X';
  sleep(2);
  }

2. Далее следует цикл, в котором 10 раз выполняется вход в критическую секцию и выход из нее. Вы сначала выполняете вызов функции semaphore_p, которая заставляет семафор ждать, когда эта программа будет готова войти в критическую секцию.

  for (i = 0; i < 10; i++) {
  if (!semaphore_p) exit(EXIT_FAILURE);
  printf("%c", op_char);
  fflush(stdout);
  pause_time = rand % 3;
  sleep(pause_time);
  printf("%c", op_char);
  fflush(stdout);

3. После критической секции вы вызываете функцию semaphore_v, которая освобождает семафор перед повторным проходом цикла for после ожидания в течение случайного промежутка времени. После цикла выполняется вызов функции del_semvalue для очистки кода.

  if (!semaphore_v) exit(EXIT_FAILURE);
  pause_time = rand % 2;
  sleep(pause_time);
  }
  printf("\n%d - finished\n", getpid);
  if (argc > 1) {
  sleep(10);
  del_semvalue;
  }
  exit(EXIT_SUCCESS);
 }

4. Функция set_semvalue инициализирует семафор с помощью команды SETVAL в вызове semctl. Это следует сделать перед использованием семафора.

 static int set_semvalue(void) {
  union semun sem_union;
  sem_union.val = 1;
  if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) == -1) return(0);
  return(1);
 }

5. У функции del_semvalue почти та же форма за исключением того, что в вызове semctl применяется команда IPC_RMID для удаления ID семафора.

 static void del_semvalue(void) {
  union semun sem_union;
  if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) == -1)
  fprintf(stderr, "Failed to delete semaphore\n");
 }

6. Функция semaphore_p изменяет счетчик семафора на -1. Это операция ожидания или приостановки процесса.

 static int semaphore_p(void) {
  struct sembuf sem_b;
  sem_b.sem_num = 0;
  sem_b.sem_op = -1; /* P */
  sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
  if (semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1) {
  fprintf(stderr, "semaphore_p failed\n");
  return(0);
  }
  return(1);
 }

7. Функция semaphore_v аналогична за исключением задания элемента sem_op структуры sembuf, равного 1. Это операция "освобождения", в результате которой семафор снова становится доступен.