无名信号量——相关进程间同步
无名信号量——相关进程间同步
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。