semop() - Unix、Linux系統呼叫 - 技術教學

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關於TP

semop() - Unix、Linux系統呼叫

名稱

semop, semtimedop - 訊號量操作

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

訊號量集中每個訊號量都有以下關聯值

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() 對由 semid 指示的集合中選定的訊號量執行操作。由 sops 指向的陣列中的每個 nsops 元素都指定要對單個訊號量執行的操作。此結構的元素的型別為 struct sembuf，包含以下成員

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

sem_flg 中識別的標誌為 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。如果操作指定 SEM_UNDO，則在程序終止時會自動撤消該操作。

包含在 sops 中的操作集是原子執行的，也就是說，這些操作同時執行，並且只有在它們都能同時執行的情況下才能執行。如果並非所有操作都能立即執行，則系統呼叫的行為取決於 IPC_NOWAIT 標誌在各個 sem_flg 欄位中的存在情況，如下所述。

每個操作都在訊號量集的第 sem_num 個訊號量上執行，其中集合的第一個訊號量的編號為 0。根據 sem_op 的值，有三種類型的操作。

如果 sem_op 是一個正整數，則該操作會將此值新增到訊號量值 (semval)。此外，如果為此操作指定了 SEM_UNDO，則系統會更新此訊號量的程序撤消計數 (semadj)。此操作始終可以繼續進行 — 它永遠不會強制程序等待。呼叫程序必須對訊號量集具有更改許可權。

如果 sem_op 為零，則該程序必須對訊號量集具有讀取許可權。這是一個“等待為零”操作：如果 semval 為零，則該操作可以立即繼續。否則，如果在 sem_flg 中指定了 IPC_NOWAIT，則 semop() 失敗，並將 errno 設定為 EAGAIN（並且不執行 sops 中的任何操作）。否則，semzcnt（直到此訊號量值變為零為止的等待程序計數）將遞增一，並且程序將休眠，直到發生以下情況之一：

標籤	描述
o	semval 變為 0，此時 semzcnt 的值將遞減。
o	訊號量集被刪除：semop() 失敗，並將 errno 設定為 EIDRM。
o	呼叫程序捕獲訊號：semzcnt 的值將遞減，並且 semop() 失敗，並將 errno 設定為 EINTR。
o	在 semtimedop() 呼叫中指定的 timeout 時間限制過期：semop() 失敗，並將 errno 設定為 EAGAIN。
如果 sem_op 小於零，則該程序必須對訊號量集具有更改許可權。如果 semval 大於或等於 sem_op 的絕對值，則該操作可以立即繼續：sem_op 的絕對值將從 semval 中減去，並且，如果為此操作指定了 SEM_UNDO，則系統會更新此訊號量的程序撤消計數 (semadj)。如果 sem_op 的絕對值大於 semval，並且在 sem_flg 中指定了 IPC_NOWAIT，則 semop() 失敗，並將 errno 設定為 EAGAIN（並且不執行 sops 中的任何操作）。否則，semncnt（等待此訊號量值增加的程序計數器）將遞增一，並且程序將休眠，直到發生以下情況之一：
o	semval 變得大於或等於 sem_op 的絕對值，此時 semncnt 的值將遞減，sem_op 的絕對值將從 semval 中減去，並且，如果為此操作指定了 SEM_UNDO，則系統會更新此訊號量的程序撤消計數 (semadj)。
o	訊號量集從系統中刪除：semop() 失敗，並將 errno 設定為 EIDRM。
o	呼叫程序捕獲訊號：semncnt 的值將遞減，並且 semop() 失敗，並將 errno 設定為 EINTR。
o	在 semtimedop() 呼叫中指定的 timeout 時間限制過期：系統呼叫失敗，並將 errno 設定為 EAGAIN。

成功完成時，將為由 sops 指向的陣列中指定的每個訊號量設定 sempid 值，以指示呼叫程序的程序 ID。此外，sem_otime 將設定為當前時間。

semtimedop() 的行為與 semop() 完全相同，只是在呼叫程序將休眠的情況下，休眠的持續時間受由 timespec 結構指定的已用時間量限制，其地址已傳遞到 timeout 引數中。如果已達到指定的時間限制，則 semtimedop() 失敗，並將 errno 設定為 EAGAIN（並且不執行 sops 中的任何操作）。如果 timeout 引數為 NULL，則 semtimedop() 的行為與 semop() 完全相同。

返回值

如果成功，semop() 和 semtimedop() 返回 0；否則，它們返回 -1，其中 errno 指示錯誤。

錯誤

失敗時，errno 將設定為以下值之一：

標籤	描述
E2BIG	引數 nsops 大於 SEMOPM（每次系統呼叫允許的最大運算元）。
EACCES	呼叫程序不具有執行指定的訊號量操作所需的許可權，並且不具有 CAP_IPC_OWNER 功能。
EAGAIN	操作無法立即繼續，並且在 sem_flg 中指定了 IPC_NOWAIT 或 timeout 中指定的時間限制已過期。
EFAULT	sops 或 timeout 引數中指定的地址不可訪問。
EFBIG	對於某些操作，sem_num 的值小於 0 或大於或等於集合中訊號量的數量。
EIDRM	訊號量集已被刪除。
EINTR	在此係統呼叫中阻塞時，程序捕獲了訊號。
EINVAL	訊號量集不存在，或者 semid 小於零，或者 nsops 的值為非正數。
ENOMEM	某些操作的 sem_flg 指定了 SEM_UNDO，並且系統沒有足夠的記憶體來分配撤消結構。
ERANGE	對於某些操作，sem_op+semval 大於 SEMVMX（semval 的實現相關的最大值）。

備註

程序的 sem_undo 結構不會在 fork(2) 系統呼叫中繼承，但會在 execve(2) 系統呼叫中繼承。

無論在建立訊號處理程式時 SA_RESTART 標誌的設定如何，semop() 都不會在被訊號處理程式中斷後自動重新啟動。

semadj 是一個每個程序的整數，它只是指定了 SEM_UNDO 標誌的所有訊號量操作的（負）計數。當使用 semctl(2) 對 SETVAL 或 SETALL 請求直接設定訊號量的值時，所有程序中相應的 semadj 值都將被清除。

可以使用適當的 semctl(2) 呼叫檢索訊號量的 semval、sempid、semzcnt 和 semnct 值。

以下對訊號量集資源的限制會影響 semop() 呼叫：

標籤	描述
SEMOPM	一次 semop() 呼叫允許的最大運算元 (32)（在 Linux 上，此限制可以透過 /proc/sys/kernel/sem 的第三個欄位讀取和修改）。
SEMVMX	semval 的最大允許值：實現相關 (32767)。

該實現對退出最大調整值 (SEMAEM)、系統範圍內的最大撤消結構數 (SEMMNU) 和每個程序的最大撤消條目系統引數沒有固有限制。

semtimedop() 首次出現在 Linux 2.5.52 中，隨後被反向移植到核心 2.4.22 中。

錯誤

當程序終止時，其關聯的 semadj 結構集將用於撤消使用 SEM_UNDO 標誌執行的所有訊號量操作的效果。這會引發一個難題：如果這些訊號量調整中的一個（或多個）會導致嘗試將訊號量的值降低到零以下，則實現應該怎麼做？一種可能的方法是阻塞，直到所有訊號量調整都能執行。但這卻是不理想的，因為它可能會強制程序終止長時間阻塞。另一種可能性是完全忽略這些訊號量調整（有點類似於在為訊號量操作指定 IPC_NOWAIT 時失敗）。Linux 採用第三種方法：儘可能降低訊號量值（即降至零），並允許程序終止立即繼續。

在核心 2.6.x（x <= 10）中，存在一個錯誤，在某些情況下，它會阻止等待訊號量值變為零的程序在值實際變為零時被喚醒。此錯誤已在核心 2.6.11 中修復。

符合標準

SVr4、POSIX.1-2001。

參見

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