ИМЯ¶

semop, semtimedop - операции с семафорами

ОБЗОР¶

#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);

Требования макроса тестирования свойств для glibc (см. feature_test_macros(7)):

semtimedop(): _GNU_SOURCE

ОПИСАНИЕ¶

С каждым семафором в наборе семафоров связаны следующие значения:

unsigned short  semval;   /* значение семафора */
unsigned short  semzcnt;  /* # ожидает ноль */
unsigned short  semncnt;  /* # ожидает увеличения */
pid_t           sempid;   /* процесс, выполнивший последнюю


                             операцию */

unsigned short sem_num;  /* номер семафора */
short          sem_op;   /* операция над семафором */
short          sem_flg;  /* флаги операции */

Набор операций из sops выполняется в порядке появления в массиве и является атомарным, то есть выполняются или все операции, или ни одной. Поведение системного вызова при обнаружении невозможности немедленного выполнения операций зависит от наличия флага IPC_NOWAIT в полях sem_flg отдельных операций, как это описано далее.

Каждая операция выполняется над sem_num-тым семафором из набора, где первый семафор имеет номер 0. Есть три типа операций, различающихся значением sem_op.

Если значение sem_op — положительное целое число, то оно добавляется к значению семафора (semval). Если для операции стоит флаг SEM_UNDO, то система изменяет счётчик откатываемых операций (semadj) для этого семафора. Эта операция выполняется всегда и не переводит процесс в режим ожидания. Вызывающий процесс должен иметь права на изменение набора семафоров.

Если значение sem_op равно нулю, то процесс должен иметь права на чтение набора семафоров. Эта операция «ожидания нуля»: если semval равно нулю, то операция может выполнится сразу. Иначе, если в поле семафора sem_flg указан флаг IPC_NOWAIT, то semop() завершается с ошибкой и errno присваивается значение EAGAIN (и ни одна операция из sops не выполняется). Или же semzcnt (счётчик случаев ожидания пока значение семафора не сравнялось с нулём) увеличивается на единицу, а процесс переходит в режим ожидания пока не случится одно из:

• Значение semval станет равным 0, тогда значение semzcnt уменьшается.
• Набор семафоров удалится: semop() завершается с ошибкой, а errno присваивается значение EIDRM.
• Вызывающий процесс получит сигнал: значение semzcnt уменьшается и semop() завершается с ошибкой, а errno присваивается значение EINTR.
• Истечёт лимит времени timeout, определённый в вызове semtimedop(): semop() завершается с ошибкой, а errno присваивается значение EAGAIN.

Если значение sem_op меньше нуля, то процесс должен иметь права на изменение набора семафоров. Если значение semval больше или равно абсолютному значению sem_op, то операция может выполнятся сразу: абсолютное значение sem_op вычитается из semval, и, если для этой операции установлен флаг SEM_UNDO, система обновляет счётчик откатываемых операций (semadj) для этого семафора. Если абсолютное значение sem_op больше semval, и в sem_flg указан IPC_NOWAIT, то semop() завершается с ошибкой, а errno присваивается значение EAGAIN (и ни одна операция из sops не выполняется). Иначе semncnt (счётчик случаев ожидания увеличения значения семафора) увеличивается на единицу, а процесс переходит в режим ожидания пока не случится одно из:

• Значение semval станет больше или равно абсолютному значению sem_op, тогда значение semncnt уменьшается, абсолютное значение sem_op вычитается из semval и, если для этой операции установлен флаг SEM_UNDO, система обновляет счётчик откатываемых операций (semadj) для этого семафора.
• Набор семафоров удалится из системы: semop() завершается с ошибкой, а errno присваивается значение EIDRM.
• Вызывающий процесс получит сигнал: значение semncnt уменьшается и semop() завершается с ошибкой, а errno присваивается значение EINTR.
• Истечёт лимит времени timeout, определённый в вызове semtimedop(): системный вызов завершается с ошибкой, а errno присваивается значение EAGAIN.

При успешном выполнении значение sempid для каждого семафора, указанного в массиве, на который указывает sops, устанавливается равным идентификатору вызывающего процесса. Также sem_otime присваивается значение текущего времени.

Системный вызов semtimedop() ведёт себя идентично semop(), за исключением того, что в случаях, когда вызывающий процесс будет спать, длительность этого сна ограничена количеством времени, определяемым структурой timespec, чей адрес передаётся в аргументе timeout. Данное значение интервала будет округлено до точности системных часов, а из-за задержки при планировании в ядре блокирующий интервал будет немного больше. Если достигнут указанный лимит времени, то semtimedop() завершится с ошибкой, а errno устанавливается в EAGAIN (и ни одна из операций в sops не выполняется). Если значение аргумента timeout равно NULL, то semtimedop() ведёт себя аналогично semop().

ВОЗВРАЩАЕМОЕ ЗНАЧЕНИЕ¶

При успешном выполнении semop() и semtimedop() возвращается 0; иначе возвращается -1, а переменной errno присваивается номер ошибки.

ОШИБКИ¶

В случае возникновения ошибки errno может принимать следующие значения:

E2BIG

Значение аргумента nsops больше SEMOPM, максимального количества операций, которое может выполнить один системный вызов.

EACCES

Вызывающий процесс не имеет прав, требуемых для выполнения указанных операций над семафорами, и не имеет мандата CAP_IPC_OWNER.

EAGAIN

Операция не может быть выполнена немедленно и, либо IPC_NOWAIT был указан в sem_flg, либо истекло время лимита, определённое в timeout.

EFAULT

Адрес, указанный в sops или timeout, не доступен.

EFBIG

Для некоторых операций значение sem_num меньше нуля или больше или равно количеству семафоров в наборе.

EIDRM

Набор семафоров был удалён.

EINTR

Процесс, находясь в режиме ожидания, получил сигнал; смотрите signal(7).

EINVAL

Набор семафоров не существует, или значение semid меньше нуля, или nsops имеет не положительное значение.

ENOMEM

Для некоторых операций в поле sem_flg задан флаг SEM_UNDO, и система не может выделить достаточно памяти для структуры откатов.

ERANGE

Для некоторых операций sem_op+semval больше чем SEMVMX, максимального значения semval (зависит от реализации).

ВЕРСИИ¶

Вызов semtimedop() впервые появился в Linux 2.5.52, а затем был перенесён в ядро версии 2.4.22. Поддержка в glibc для semtimedop() впервые появилась в версии 2.3.3.

СООТВЕТСТВИЕ СТАНДАРТАМ¶

SVr4, POSIX.1-2001.

ЗАМЕЧАНИЯ¶

Включение файлов <sys/types.h> и <sys/ipc.h> не требуется в Linux или любых версий POSIX. Однако, некоторые старые реализации требуют включения данных заголовочных файлов, и это также требуется по SVID. В приложениях, которые нужно перенести на такие старые системы, может потребоваться включить данных заголовочные файлы.

Структуры процесса sem_undo не наследуются потомками, созданными через fork(2), но они наследуются при выполнении системного вызова execve(2).

Вызов semop() никогда автоматически не перезапускается после прерывания обработчиком сигнала, независимо от установки флага SA_RESTART при настройке обработчика сигнала.

Поле semadj есть в каждом процессе. Его значением является целое число, это простой (отрицательный) счётчик всех операций над семафорами, для которых установлен флаг SEM_UNDO. Когда значение семафора явно устанавливается с помощью запроса SETVAL или SETALL вызовом semctl(2), то соответствующие значения semadj во всех процессах очищаются.

Значения semval, sempid, semzcnt и semnct семафора можно получить с помощью соответствующих вызовов semctl(2).

Ниже приведены лимиты ресурсов наборов семафоров, влияющие на вызов semop():

SEMOPM

Наибольшее количество операций для одного вызова semop() (32) (в Linux это ограничение можно получать и изменять через третье поле /proc/sys/kernel/sem).

SEMVMX

Максимально допустимое значение semval: зависит от реализации (32767).

Реализация не накладывает существенных ограничений на максимальное значение (SEMAEM), на которое можно изменить значение семафора при выходе, максимальное количество системных структур откатываемых операций (SEMMNU) и максимальное количество элементов отката системных параметров на процесс.

ДЕФЕКТЫ¶

При завершении процесса его набор связанных структур semadj используется для отката выполненных действий над семафорами, для которых был установлен флаг SEM_UNDO. Это повышает сложность: если одно (или более) этих изменений семафоров привело бы в результате к попытке уменьшить значение семафора ниже нуля, что должно быть сделано в реализации? Одним из возможных решений была бы блокировка до тех пор, пока не выполнятся все изменения семафоров. Однако это нежелательно, так как это привело бы к блокированию процесса на неопределённый срок при его завершении. Другим вариантом является игнорирование сразу всех изменений семафоров (в некоторой степени, аналогично завершению с ошибкой, когда для операции с семафором указан IPC_NOWAIT). В Linux используется третий вариант: уменьшение значения семафора до тех пор, пока это возможно ( т.е. до нуля) и разрешение немедленного завершения процесса.

В ядрах 2.6.x, где x <= 10, есть дефект, из-за которого при определённых обстоятельствах процесс, ожидающий установления значения семафора равного нулю, не будет разбужен когда значение станет равным нулю. Этот дефект исправлен в ядре 2.6.11.

ПРИМЕР¶

В следующем фрагменте кода используется semop() для атомарного ожидания момента, когда значение семафора 0 станет равным нулю и последующего увеличения значения семафора на единицу.

    struct sembuf sops[2];


    int semid;


    /* код для установки semid не показан */


    sops[0].sem_num = 0;        /* применяем к семафору 0 */


    sops[0].sem_op = 0;         /* ждём значения, равного 0 */


    sops[0].sem_flg = 0;


    sops[1].sem_num = 0;        /* применяем к семафору 0 */


    sops[1].sem_op = 1;         /* увеличиваем значение на 1 */


    sops[1].sem_flg = 0;


    if (semop(semid, sops, 2) == -1) {


        perror("semop");


        exit(EXIT_FAILURE);


    }

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ¶

semctl(2), semget(2), sigaction(2), capabilities(7), sem_overview(7), svipc(7), time(7)