本文主要介紹下在多程序中使用訊號量semaphore的方法。在上一文中，我們已經知道semaphore和mutex對臨界區訪問控制的一個最主要區別就是semaphore可以跨程序使用，而mutex只能在一個程序中使用。我們再來看下sem_init的原型，熟悉決定程序共享或者執行緒共享的方法：

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

        通過設定pshared的值來控制訊號量是屬於程序間共享還是執行緒間共享，若pshared為0表明是多執行緒共享，否則就是多程序間共享。接下來我們實驗思路是：建立兩個程序，一個程序負責讀取使用者在介面輸入的資料，然後存入本地的test.txt檔案；另一個程序負責讀取該檔案，然後在標準輸出上顯示讀取的內容。為此，我們需要建立兩個個支援兩個程序訪問的訊號量sem1和sem2，讀檔案時需要獲取sem1訊號，讀取結束後釋放sem2訊號；寫檔案需要獲取sem2訊號，寫檔案結束後方式sem1訊號。sem2的初始值為1，sem1的初始值為0，以保證先寫入再進行讀取，原始碼如下，稍後挑關鍵內容進行解釋：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>
#include<string.h>
#include<sys/mman.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#define BUF_SIZE 30

void readfile(sem_t* psem1,sem_t* psem2)
{
    FILE* fp;
    char buf[BUF_SIZE];
    int str_len,str_seek=0;
    while(1)
    {
        sem_wait(psem1);
        fp=fopen("data.txt","r+");
        if(fp==NULL)
        return ;
        memset(buf,0,sizeof(BUF_SIZE));
        fseek(fp,str_seek,SEEK_SET);
        str_len=fread(buf,sizeof(char),BUF_SIZE-1,fp);
        buf[str_len]=0;
        str_seek+=str_len;
        fputs("output:",stdout);
        puts(buf);
        fclose(fp);
        sem_post(psem2);
    }
}
void writefile(sem_t* psem1,sem_t* psem2)
{
        FILE* fp;
        char buf[BUF_SIZE];
        while(1)
        {
            sem_wait(psem2);
            fp=fopen("data.txt","a");
            if(fp==NULL)
            return;
            memset(buf,0,BUF_SIZE);
            fputs("Input:",stdout);
            fgets(buf,BUF_SIZE,stdin);
            fwrite(buf,sizeof(char),strlen(buf),fp);
            fclose(fp);
            sem_post(psem1);
        }
}

int main()
{
    int pid;
    int fd1,fd2;
    void* pv;
    sem_t* psem1;
    sem_t* psem2;
    fd1=open("data1",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,0666);
    fd2=open("data2",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,0666);\
    ftruncate(fd1,8192);
    ftruncate(fd2,8192);
    //lseek(fd,5000,SEEK_SET);
    psem1=(sem_t*)mmap(NULL,sizeof(sem_t),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd1,0);
    psem2=(sem_t*)mmap(NULL,sizeof(sem_t),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd2,0);
    sem_init(psem1,1,0);
    sem_init(psem2,1,1);
    pid=fork();
    if(pid==0)
    {
        puts("進入子程序");
        writefile(psem1,psem2);
    }
    else
    {
        puts("進入父程序");
        readfile(psem1,psem2);
    }
    sem_destroy(psem1);
    sem_destroy(psem2);
    munmap(psem1,sizeof(sem_t));
    munmap(psem2,sizeof(sem_t));
    close(fd1);
    close(fd2);
    return 0; 
}
 

        為了能夠跨程序使用semaphore，我們引入了跨程序的技術mmap,第61、第62行分別打開了兩個mmap需要對映的檔案，和我們平時用的open函式不同，這裡面為程式賦予了該檔案的666許可權。這點很重要，因為mmap需要對映的本地檔案必須明確賦予其可讀寫的許可權，否則無法通訊。
        第63行和第64行分別設定兩個本地對映檔案的大小，以保證有充分的空間在mmap中對映並容納我們定義的sem_t變數。這點也很重要，如果空間不夠會造成匯流排錯誤。
        第66行和第67行分別利用mmap在共享記憶體中映射了兩個sem_t型別的指標，這就是我們需要sem_init的訊號量。
        第68、69行開始初始化訊號量。
        70行fork了兩個程序，在子程序中我們進行寫操作，在主程序中我們進行讀操作。讀寫操作的程式碼比較簡單，在這裡不再多說。
        第81到86行在使用完訊號量後分別是銷燬訊號量、釋放共享記憶體、關閉檔案操作符。
       程式寫到這裡基本上完成了這個實驗，可以看下執行的結果：

[
 
[email protected] semphare]$ ./a.out 
進入父程序
進入子程序
Input:你好
Output:你好

Input:

        我們可以簡單總結下在多程序中使用訊號量的步驟：
（1）open()用於進行mmap對映的檔案，得到檔案操作符fd；
（2）把對映檔案用ftruncate或者fseek重新設定大小，以保證有足夠的空間容納我們需要傳遞的sem_t變數；
（3）利用mmap函式在共享記憶體中建立sen_t型別的指標。
（4）用sem_init()函式初始化第（3）步中建立的指標，也就得到了我們需要的訊號量。
（5）用sem_wait()和sem_post()函式進行訊號量的等待和釋放。
（6）用sem_destroy()銷燬訊號量。

（7）用munmap()釋放共享記憶體以及用close()函式關閉檔案操作符。

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