Semaphore interlock

/// Демо. Применение массива семафоров в качестве мьютекса для синхронизации
/// нескольких процессов. Если процесс закрывается, захватив ресурс, то
/// ресурс автоматически освобождается, а остальные процессы продолжают свою
/// нормальную работу.
/// Victor Sizov, 28.10.2016

// Использование:
// 1. Сначала запустить с одним любым параметром
//      seminterlock 1
//    Это создаст массив семафоров и назначит начальное значение семафору.
//    Можно запускать с параметром много раз, новый семафор не создастся, но
//    снова установится значение семафора.
// 2. Затем выполнить несколько раз
//      seminterlock &
//
// Результат выполнения:
// ...
// [22201] Unlock.
// [22202] Lock 5 sec.
// [22201] Wait...
// [22202] Unlock.
// [22203] Lock 5 sec.
// [22202] Wait...
// ...
// [22203] Unlock.
// [22199] Lock 5 sec. (как увидели эту строчку, сразу kill -TERM 22199).
// [22203] Wait...
// [22200] Lock 5 sec. (ресурс освободился и его сразу занял другой процесс)
// ...
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdbool.h>

#define DEF_LOCK_TIME 5 // Секунды, время на которое процесс занимает ресурс.

/// IPC semaphore mutex ////////////////////////////////////////////////////////

int SemID;

void DoInit(int argc, char *argv[])
{
    key_t Key;

    argv = argv; // Подавление сообщения компилятора о неиспользуемой переменной.

    Key = ftok(".", 'i'); // Создать "ключ" для идентификации в OS.
    // В боевых условия, что бы у разных программ получился один и тот же ключ,
    // надо что бы реально существовал файл, передаваемый первым параметром,
    // файл не должен меняться, иначе ключ сформруется другой.
    // Второй параметр то же должен быть одинаковым.
    if (Key < 0)
    {
        perror("ftok");
        exit(1);
    };

    if (argc > 1)
    {   // Создать массив семафоров (1 семафор в массиве) и выйти.
        // После создания, перед первым использованием, необходимо правильно
        // установить занчение семафора, т.к. он создастся "заблокированным".
        SemID = semget(Key, 1, IPC_CREAT|S_IRWXO|S_IRWXG|S_IRWXU);
        if (SemID < 0)
        {
            perror("semget");
            exit(1);
        };
        printf("Create IPC semaphore, key = 0x%x\n", Key);
        // Установить начальное значение семафора = 1 (не блокировано).
        semctl(SemID, 0, SETVAL, 1);
        printf("Exit.\n");
        exit(0);
    }
    else
    {   // Использовать ранее созданный семафор.
        SemID = semget(Key, 1, S_IRWXO|S_IRWXG|S_IRWXU);
        if (SemID < 0)
        {
            perror("semget");
            exit(1);
        };
    };
}

// Захватиать ресурс. Если ресурс занят, то процесс будет ждать освобожения.
void DoLock(void)
{
    struct sembuf SemBuf;

    SemBuf.sem_flg = SEM_UNDO; // SEM_UNDO позволяет OS освободить семафор,
                               // если процесс будет завершен.
    SemBuf.sem_num = 0; // Номер семафора в массиве. Один и его номер 0.
    SemBuf.sem_op = -1; // Операция: "попробовать вычесть 1". Вычесть 1 удастся
                        // если значение семафора больше нуля. А если семафор
                        // равен нулю, то процесс будет ждать, пока не появится
                        // возможность вычесть 1.
    semop(SemID, &SemBuf, 1); // Выполнение.

    // Если требуется ждать не вечно, а некоторое время, то нужно использовать
    // semtimedop() вместо semop(), с указанием времени ожидания.
    //
    // struct timespec TimeSpec;
    //
    // TimeSpec.tv_sec = 5; // Ждать 5 секунд.
    // TimeSpec.tv_nsec = 0;
    // semtimedop(SemID, &SemBuf, 1, &TimeSpec);
}

// Освободить ресурс.
void DoUnLock(void)
{
    struct sembuf SemBuf;

    SemBuf.sem_flg = SEM_UNDO;
    SemBuf.sem_num = 0;
    SemBuf.sem_op = 1; // Увеличить семафор на 1.
    semop(SemID, &SemBuf, 1);
}

// Освобождение системных ресурсов, разрушение объектов.
void DoFree(void)
{
    // В боевых условиях, нет необходимости удалять массив семафоров, т.к.
    // им пользуется несколько программ. Есть консольные программы для ручного
    // управления семафорами и другими компонентами подсистемы "IPC" (inter
    // process communication, межпроцессное взаимодействие) .
    // 1) Посмотреть семафоры:
    //      ipcs -s (наш массив семафоров с ключем key, выведенном при создании).
    // 2) Удалить:
    //      ipcrm -S <key> (удалить по key).
    //      ipcrm -s <semid> (удалить по semid, удобнее, т.к. он короче).

    // Остается только 1 нюанс. Если в процессе работы удалить массив семафоров,
    // то семафор станет "свободным" и все программы сразу разблокируются.

    return;
}

/// Main ///////////////////////////////////////////////////////////////////////

int main(int argc, char *argv[])
{
    DoInit(argc, argv);
    while (true)
    {
        printf("[%i]\tWait...\n", getpid());
        DoLock();
        printf("[%i]\tLock %d sec.\n", getpid(), DEF_LOCK_TIME);
        sleep(DEF_LOCK_TIME);
        printf("[%i]\tUnlock.\n", getpid());
        DoUnLock();
    };
    DoFree();
    return 0;
}