C语言信号量IPC详解（手把手教你实现进程间同步通信）

POSIX信号量简介

在Linux系统中，我们通常使用POSIX信号量来实现进程间同步。POSIX信号量分为两类：

• 命名信号量（Named Semaphore）：通过名字在不同进程间共享，适用于不相关的进程。
• 未命名信号量（Unnamed Semaphore）：通常用于线程间或通过共享内存的父子进程间。

实战：使用命名信号量实现两个进程同步

下面我们将编写两个简单的C程序：一个生产者（producer.c），一个消费者（consumer.c）。它们通过一个命名信号量来协调对共享资源（比如一个文件）的访问。

步骤1：包含必要的头文件

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h>#include <sys/stat.h>#include <semaphore.h>#include <unistd.h>#include <string.h>

步骤2：编写生产者程序（producer.c）

// producer.cint main() {    // 创建或打开一个命名信号量    sem_t *sem = sem_open("/my_semaphore", O_CREAT, 0644, 1);    if (sem == SEM_FAILED) {        perror("sem_open");        exit(EXIT_FAILURE);    }    // 获取信号量（P操作）    sem_wait(sem);    printf("Producer: 写入数据到共享文件...\n");    FILE *fp = fopen("shared.txt", "w");    fprintf(fp, "Hello from Producer!\n");    fclose(fp);    sleep(2); // 模拟耗时操作    // 释放信号量（V操作）    sem_post(sem);    printf("Producer: 数据写入完成，释放信号量。\n");    // 关闭并删除信号量    sem_close(sem);    sem_unlink("/my_semaphore");    return 0;}

步骤3：编写消费者程序（consumer.c）

// consumer.cint main() {    // 打开已存在的命名信号量    sem_t *sem = sem_open("/my_semaphore", 0);    if (sem == SEM_FAILED) {        perror("sem_open");        exit(EXIT_FAILURE);    }    // 获取信号量    sem_wait(sem);    printf("Consumer: 读取共享文件中的数据...\n");    FILE *fp = fopen("shared.txt", "r");    char buffer[100];    if (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp)) {        printf("读取内容: %s", buffer);    }    fclose(fp);    // 释放信号量    sem_post(sem);    printf("Consumer: 读取完成，释放信号量。\n");    sem_close(sem);    return 0;}

步骤4：编译与运行

在终端中分别编译两个程序：

gcc -o producer producer.c -lpthreadgcc -o consumer consumer.c -lpthread

注意：链接时需加上 -lpthread，因为POSIX信号量依赖于pthread库。

然后先运行 producer，再运行 consumer：

./producer# 在另一个终端运行./consumer

常见问题与注意事项

• 信号量名称必须以斜杠开头（如 /my_semaphore），这是POSIX标准要求。
• 使用完信号量后务必调用 sem_close() 和 sem_unlink()，避免资源泄漏。
• 命名信号量在系统中是持久化的，即使程序退出也可能存在，重启系统或手动删除才能清除。

总结

通过本教程，你已经掌握了如何使用C语言信号量进行IPC通信，实现了两个进程之间的安全同步。无论是开发多进程服务器、嵌入式系统，还是学习操作系统原理，POSIX信号量都是不可或缺的工具。希望你能动手实践，加深理解！

记住，掌握进程间同步技术，是迈向高级系统编程的关键一步。继续加油吧！