5、进程间通信：信号量、消息协议与网络通信

进程间通信：信号量、消息协议与网络通信

1. 共享数据中的信号量使用

1.1 共享数据的风险

考虑一个银行账户管理的场景，父进程创建两个子进程，一个负责存款，另一个负责取款。每个子进程在处理时都会计算新的账户余额。如果两个交易（一个存款，一个取款）几乎同时到达，就有可能出现一个交易被取消的情况。

例如，取款进程从共享内存中获取余额，减去取款金额后，被存款进程中断。存款进程从共享内存中获取相同的余额，加上存款金额，将新的余额放回共享内存，然后等待下一次存款交易。而取款进程继续处理，将其重新计算的余额放回共享内存，覆盖了存款进程设置的值，导致存款交易丢失。

1.2 信号量的概念

信号量是一种用于保护共享数据完整性的机制。它并不直接阻止其他进程修改共享数据，就像红灯并不绝对阻止车辆进入十字路口一样，而是通过一种约定来协调进程的访问。

每个信号量与一个共享资源相关联，这种关联是通过源代码注释和其他文档间接实现的。信号量只有设置和未设置两种状态，操作系统只关心这一点。如果尝试设置一个未设置的信号量，操作系统会将其设置；如果尝试设置一个已设置的信号量，操作系统会使进程等待，直到最后一个设置它的进程将其清除。

1.3 使用信号量的银行交易示例

为了避免银行交易示例中的问题，存款和取款进程在从共享内存中获取余额之前都必须设置信号量，在将重新计算的余额放回共享内存后再清除信号量。以下是实现代码：

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