Linux进程间通信：信号(signal)与信号量(sem)详解133

在Linux系统中，进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是实现多进程协同工作的重要机制。其中，信号(signal)和信号量(sem)是两种常用的IPC方式，它们分别适用于不同的场景，理解其机制和使用方法对于编写高效可靠的Linux程序至关重要。本文将深入探讨信号和信号量的概念、使用方法以及优缺点，并辅以示例代码进行说明。

一、信号(signal)

信号是Linux系统中一种异步的进程间通信机制。它允许一个进程向另一个进程发送一个信号，以通知其发生某个事件。信号可以由硬件(例如，按下Ctrl+C)或软件(例如，调用kill函数)触发。接收信号的进程可以忽略信号，执行默认操作（通常是终止进程），或注册信号处理函数来自定义处理方式。

信号的种类： Linux系统定义了许多信号，每个信号都有其特定的含义和默认操作。例如：
SIGKILL (9)：无法被捕获或忽略，强制终止进程。
SIGINT (2)：中断信号，通常由Ctrl+C产生。
SIGTERM (15)：终止信号，允许进程进行清理工作。
SIGALRM (14)：闹钟信号，用于定时器。

完整的信号列表可以在man 7 signal中查阅。

信号的处理：进程可以通过signal函数或sigaction函数来注册信号处理函数。signal函数较为简单，但功能有限；sigaction函数功能更强大，可以设置信号处理函数、阻塞信号以及其他选项。

示例代码 (signal)：```c
#include
#include
#include
void handler(int sig) {
printf("Received signal %d", sig);
}
int main() {
signal(SIGINT, handler); // 注册SIGINT信号的处理函数
printf("Waiting for signal...");
while (1) {
pause(); // 暂停进程，等待信号
}
return 0;
}
```

这段代码注册了SIGINT信号的处理函数handler。当按下Ctrl+C时，会发送SIGINT信号，程序会执行handler函数并打印信息。

二、信号量(sem)

信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问。它主要用于进程同步和互斥。信号量可以取非负整数值，代表可用的资源数量。当一个进程需要访问共享资源时，它会尝试从信号量中减1；如果信号量大于0，则表示有可用资源，进程可以访问资源；如果信号量等于0，则表示资源已被占用，进程需要等待；当进程访问完资源后，它会将信号量的值加1，释放资源。

信号量的操作： Linux系统提供了semget、semop、semctl等系统调用来操作信号量。
semget：创建或获取一个信号量集合。
semop：执行信号量操作，例如P操作（减1）和V操作（加1）。
semctl：控制信号量，例如设置信号量的值。

示例代码 (sem)：以下示例展示了两个进程使用信号量实现互斥访问共享资源：```c
// 省略头文件和一些错误处理代码
// ...
int semid = semget(IPC_PRIVATE, 1, 0666 | IPC_CREAT); // 创建信号量
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
union semun arg;
= 1; // 初始化信号量为1
semctl(semid, 0, SETVAL, arg);
// 进程1
struct sembuf sops = {0, -1, 0}; // P操作
semop(semid, &sops, 1);
// 访问共享资源
// ...
sops.sem_op = 1; // V操作
semop(semid, &sops, 1);
// 进程2
// ...类似于进程1的操作...
// ...其他代码...
semctl(semid, 0, IPC_RMID, arg); // 删除信号量
```