semop() - Unix、Linux系统调用

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关于TP

semop() - Unix、Linux系统调用

名称

semop, semtimedop - 信号量操作

概要

 
#include <sys/types.h>
 
#include <sys/ipc.h>
 
#include <sys/sem.h>

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

int semtimedop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops, struct timespec *timeout);

描述

信号量集中每个信号量都有以下关联值

unsigned short semval; /* semaphore value */ unsigned short semzcnt; /* # waiting for zero */ unsigned short semncnt; /* # waiting for increase */ pid_t sempid; /* process that did last op */

semop() 对由 semid 指示的集合中选定的信号量执行操作。由 sops 指向的数组中的每个 nsops 元素都指定要对单个信号量执行的操作。此结构的元素的类型为 struct sembuf，包含以下成员

unsigned short sem_num; /* semaphore number */ short sem_op; /* semaphore operation */ short sem_flg; /* operation flags */

sem_flg 中识别的标志为 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。如果操作指定 SEM_UNDO，则在进程终止时会自动撤消该操作。

包含在 sops 中的操作集是原子执行的，也就是说，这些操作同时执行，并且只有在它们都能同时执行的情况下才能执行。如果并非所有操作都能立即执行，则系统调用的行为取决于 IPC_NOWAIT 标志在各个 sem_flg 字段中的存在情况，如下所述。

每个操作都在信号量集的第 sem_num 个信号量上执行，其中集合的第一个信号量的编号为 0。根据 sem_op 的值，有三种类型的操作。

如果 sem_op 是一个正整数，则该操作会将此值添加到信号量值 (semval)。此外，如果为此操作指定了 SEM_UNDO，则系统会更新此信号量的进程撤消计数 (semadj)。此操作始终可以继续进行 — 它永远不会强制进程等待。调用进程必须对信号量集具有更改权限。

如果 sem_op 为零，则该进程必须对信号量集具有读取权限。这是一个“等待为零”操作：如果 semval 为零，则该操作可以立即继续。否则，如果在 sem_flg 中指定了 IPC_NOWAIT，则 semop() 失败，并将 errno 设置为 EAGAIN（并且不执行 sops 中的任何操作）。否则，semzcnt（直到此信号量值变为零为止的等待进程计数）将递增一，并且进程将休眠，直到发生以下情况之一：

标签	描述
o	semval 变为 0，此时 semzcnt 的值将递减。
o	信号量集被删除：semop() 失败，并将 errno 设置为 EIDRM。
o	调用进程捕获信号：semzcnt 的值将递减，并且 semop() 失败，并将 errno 设置为 EINTR。
o	在 semtimedop() 调用中指定的 timeout 时间限制过期：semop() 失败，并将 errno 设置为 EAGAIN。
如果 sem_op 小于零，则该进程必须对信号量集具有更改权限。如果 semval 大于或等于 sem_op 的绝对值，则该操作可以立即继续：sem_op 的绝对值将从 semval 中减去，并且，如果为此操作指定了 SEM_UNDO，则系统会更新此信号量的进程撤消计数 (semadj)。如果 sem_op 的绝对值大于 semval，并且在 sem_flg 中指定了 IPC_NOWAIT，则 semop() 失败，并将 errno 设置为 EAGAIN（并且不执行 sops 中的任何操作）。否则，semncnt（等待此信号量值增加的进程计数器）将递增一，并且进程将休眠，直到发生以下情况之一：
o	semval 变得大于或等于 sem_op 的绝对值，此时 semncnt 的值将递减，sem_op 的绝对值将从 semval 中减去，并且，如果为此操作指定了 SEM_UNDO，则系统会更新此信号量的进程撤消计数 (semadj)。
o	信号量集从系统中删除：semop() 失败，并将 errno 设置为 EIDRM。
o	调用进程捕获信号：semncnt 的值将递减，并且 semop() 失败，并将 errno 设置为 EINTR。
o	在 semtimedop() 调用中指定的 timeout 时间限制过期：系统调用失败，并将 errno 设置为 EAGAIN。

成功完成时，将为由 sops 指向的数组中指定的每个信号量设置 sempid 值，以指示调用进程的进程 ID。此外，sem_otime 将设置为当前时间。

semtimedop() 的行为与 semop() 完全相同，只是在调用进程将休眠的情况下，休眠的持续时间受由 timespec 结构指定的已用时间量限制，其地址已传递到 timeout 参数中。如果已达到指定的时间限制，则 semtimedop() 失败，并将 errno 设置为 EAGAIN（并且不执行 sops 中的任何操作）。如果 timeout 参数为 NULL，则 semtimedop() 的行为与 semop() 完全相同。

返回值

如果成功，semop() 和 semtimedop() 返回 0；否则，它们返回 -1，其中 errno 指示错误。

错误

失败时，errno 将设置为以下值之一：

标签	描述
E2BIG	参数 nsops 大于 SEMOPM（每次系统调用允许的最大操作数）。
EACCES	调用进程不具有执行指定的信号量操作所需的权限，并且不具有 CAP_IPC_OWNER 功能。
EAGAIN	操作无法立即继续，并且在 sem_flg 中指定了 IPC_NOWAIT 或 timeout 中指定的时间限制已过期。
EFAULT	sops 或 timeout 参数中指定的地址不可访问。
EFBIG	对于某些操作，sem_num 的值小于 0 或大于或等于集合中信号量的数量。
EIDRM	信号量集已被删除。
EINTR	在此系统调用中阻塞时，进程捕获了信号。
EINVAL	信号量集不存在，或者 semid 小于零，或者 nsops 的值为非正数。
ENOMEM	某些操作的 sem_flg 指定了 SEM_UNDO，并且系统没有足够的内存来分配撤消结构。
ERANGE	对于某些操作，sem_op+semval 大于 SEMVMX（semval 的实现相关的最大值）。

备注

进程的 sem_undo 结构不会在 fork(2) 系统调用中继承，但会在 execve(2) 系统调用中继承。

无论在建立信号处理程序时 SA_RESTART 标志的设置如何，semop() 都不会在被信号处理程序中断后自动重新启动。

semadj 是一个每个进程的整数，它只是指定了 SEM_UNDO 标志的所有信号量操作的（负）计数。当使用 semctl(2) 对 SETVAL 或 SETALL 请求直接设置信号量的值时，所有进程中相应的 semadj 值都将被清除。

可以使用适当的 semctl(2) 调用检索信号量的 semval、sempid、semzcnt 和 semnct 值。

以下对信号量集资源的限制会影响 semop() 调用：

标签	描述
SEMOPM	一次 semop() 调用允许的最大操作数 (32)（在 Linux 上，此限制可以通过 /proc/sys/kernel/sem 的第三个字段读取和修改）。
SEMVMX	semval 的最大允许值：实现相关 (32767)。

该实现对退出最大调整值 (SEMAEM)、系统范围内的最大撤消结构数 (SEMMNU) 和每个进程的最大撤消条目系统参数没有固有限制。

semtimedop() 首次出现在 Linux 2.5.52 中，随后被反向移植到内核 2.4.22 中。

错误

当进程终止时，其关联的 semadj 结构集将用于撤消使用 SEM_UNDO 标志执行的所有信号量操作的效果。这会引发一个难题：如果这些信号量调整中的一个（或多个）会导致尝试将信号量的值降低到零以下，则实现应该怎么做？一种可能的方法是阻塞，直到所有信号量调整都能执行。但这却是不理想的，因为它可能会强制进程终止长时间阻塞。另一种可能性是完全忽略这些信号量调整（有点类似于在为信号量操作指定 IPC_NOWAIT 时失败）。Linux 采用第三种方法：尽可能降低信号量值（即降至零），并允许进程终止立即继续。

在内核 2.6.x（x <= 10）中，存在一个错误，在某些情况下，它会阻止等待信号量值变为零的进程在值实际变为零时被唤醒。此错误已在内核 2.6.11 中修复。

符合标准

SVr4、POSIX.1-2001。

参见

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