linux c 多程序互斥與共享記憶體的實踐問題

問題：

        三個程序P1、P2、P3互斥使用一個包含N（N>0）個單元的緩沖區。P1每次用produce()生成一個正整數并送入緩沖區某一空單元中；P2每次用getodd()從該緩沖區中取出一個奇數并用countodd()統計奇數個數；P3每次用geteven()從該緩沖區中取出一個偶數并用counteven()統計偶數個數。

1.設計問題

1）設計多程序分别執行不同代碼塊

2）使用信号量PV操作控制多程序進行互斥執行

3）使用共享記憶體實作緩沖區

2.解決問題

1）實作多程序分别執行不同代碼塊

/*
 ============================================================================
 Name        : createMultiprocess.c
 Author      : lingo
 Version     : 
 CreateDate  : 2018下午9:03:24
 ============================================================================
 */
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int arg,char* argv[]){
	int tog;
	// 設定fork傳回值
	pid_t pid;
	// 建立多個子程序,childNum為子程序個數
	int i,childNum;
	for(i = 0,childNum = 3;i < childNum;i++){
		pid = fork();
		// 是父程序 continue ，for()五次，若是子程序，break該for循環，即子程序無需經曆for循環
		if(pid==0 || pid<0) break;
	}
	if(pid < 0){
		printf("ERROR:fork child process failure\n");
	}
	// 子程序循環體
	else if(pid == 0){
		//共同執行代碼
		tog = 10;
		//分别執行代碼區
		if(i == 0){
			printf("i=%i tog=%u\n",i,tog);
		}else if(i == 1){
			printf("i=%i tog=%u\n",i,tog);
		}else if(i == 3){
            printf("i=%i tog=%u\n",i,tog);
        }
		printf("create sub process id: %d, parent id: %d\n", getpid(), getppid());
		// pause 子程序進入睡眠，即阻塞住所有子程序，直到被信号(signal)所中斷.
		//while(1) pause();
	}
	// 父程序執行體
	else{
		//tog = 10;
		printf("tog=%u",tog);
		printf("Parent process %d sleep 1 s\n", getpid());
		sleep(3);
	}
	return 0;
}
           

2）實作初始化信号量和對信号量PV操作，封裝為mysem.h頭檔案供使用

/*
 * mysem.h
 *
 *  Created on: 2018年10月19日
 *      Author: lin
 */

#ifndef MYSEM_H_
#define MYSEM_H_

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

// 定義信号量結構
union semaphore{
	int val;
	struct semid_ds *buf;
	unsigned short *array;
};

/*聲明函數*/

/*初始化信号量
 * sem_id 信号量的辨別id
 * init_val 信号量的pv操作的數值
 * */
int init_sem(int sem_id,int init_val){
	union semaphore sem;
	sem.val = init_val; //設定初值
	if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem)==-1){
		printf("init semaphore error \n");
		return -1;
	}
	return 0;
}
/*删除指定辨別id的信号量*/
int del_sem(int sem_id){
	union semaphore sem;
	if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem)==-1){
		return -1;
	}
	return 0;
}
/* 将指定辨別的信号量-1 若信号量值為0時執行p操作的程序會處于阻塞等待的狀态*/
int P(int sem_id){ //信号量-1
	struct sembuf sem_b;
	sem_b.sem_num = 0;
	sem_b.sem_op = -1;
	sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
	if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){
		return -1;
	}
	return 0;
}
/* 将指定辨別的信号量+1 若型号量的值為0執行完v操作後 喚醒處于阻塞等待的程序處于就緒狀态等待cpu調用*/
int V(int sem_id){ //信号量+1
	struct sembuf sem_b;
	sem_b.sem_num = 0;
	sem_b.sem_op = 1;
	sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
	if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1){
		return -1;
	}
	return 0;
}

#endif /* MYSEM_H_ */
           

3）緩沖區結構體設計：

#define BUFF_SIZE 255
typedef struct{
	int length; // 緩沖區長度
	int data[BUFF_SIZE]; //緩沖區大小
	int oddNum; // 記錄被get掉的奇數個數
	int evenNum; // 記錄被get掉的偶數個數
}Buff;
           

4）共享記憶體

#include <sys/shm.h>
#define MY_SHM_ID 95551 //不同值對應不同共享記憶體，
.......
int main(){
.......
int shmid = shmget(MY_SHM_ID,sizeof(Buff),0666|IPC_CREAT);
if(shmid == -1){
		printf("error semget / shmget");
}
// 映射共享記憶體
buff = (Buff*)shmat(shmid,NULL,0);
// 初始化變量
buff->length = 0;
buff->oddNum = 0;
buff->evenNum = 0;
.......
return 0;
}
           

3.produce(),getodd(),countodd(),geteven(),counteven()函數設計：

void produce(Buff *buff){
	int temp = random(10);
	buff->data[buff->length] = temp;
	buff->length++;
	printf("produce a num : %i \n",temp);
    // 每生産一個睡眠1s
	sleep(1);
}
void getodd(Buff *buff){
	for(int i = 0; i < buff->length; i++){
		if(1 == (buff->data[i]%2)){

			printf("getodd num is : %i \n",buff->data[i]);
			// 将索引的值删除，所有索引後的退位
			for(int j = i; j < buff->length -1; j++){
				buff->data[j] = buff->data[j+1];
			}
			buff->length--;
			break;
		}
	}
}
void countodd(Buff *buff){
	buff->oddNum++;
	printf("Now the oddNum=%i \n",buff->oddNum);
}
void geteven(Buff *buff){
	// buff 長度為1
	for(int i = 0; i < buff->length; i++){
		if(0 == (buff->data[i]%2)){
			printf("geteven num is : %i \n",buff->data[i]);
			// 将索引的值删除，所有索引後的退位
			for(int j = i; j < buff->length -1; j++){
				buff->data[j] = buff->data[j+1];
			}
			buff->length--;
			break;
		}
	}
}
void counteven(Buff *buff){
	buff->evenNum++;
	printf("Now the evenNum=%i \n",buff->evenNum);
}
           

3. 詳細設計

源碼位址：源碼