博客
关于我
强烈建议你试试无所不能的chatGPT,快点击我
进程间同步互斥经典问题(一)生产者-消费者问题
阅读量:2194 次
发布时间:2019-05-02

本文共 6971 字,大约阅读时间需要 23 分钟。

http://blog.csdn.net/qq_24451605/article/details/49563045

问题描述:


生产者-消费者问题,也叫做缓存绑定问题(bounded-buffer),是一个多进程同步问题。

  • 即有两个进程:制造少和消费者,共享一个固定大小的缓存
  • 制造商的工作是制造一段数据,放进缓存,如此重复。
  • 消费者一次消费一段数据,从缓存中取出。
  • 要保证不让制造商在缓存还是满的时候仍要向内写数据,不让消费者试图从空的缓存中取出数据。

问题分析:


  1. 要避免多个生产商竞争一个空位的情况。
  2. 要避免生产商和消费者同时睡觉,造成死锁
  3. 要避免多个消费者竞争同一段数据的情况

基本思路:


  • 首先我们需要定义三个信号量: 
    • empty:用来表示空位的数量,初值为n(缓存区的规模)
    • full:用来表示剩余商品的数量,初值为0
    • mutex:用来表示互斥量,同一时间共享的内存只能由一个进程访问。
  • 首先考虑生产商,在多个生产商和多个消费者同时运行的情况下: 
    • 1.检查共享内存是否满 
      • 如果满,说明无法急需生产,那么睡觉。
      • 否则,p(empty),进程继续
    • 2.每一个生产商在执行操作前申请互斥锁 
      • 如果被其他进程上锁,说明当前共享内存区域被其他进程使用,那么进入等待队列等待互斥锁被释放
      • 否则,对互斥锁上锁,进程继续
    • 3.生产一个新的商品放入空位,并且释放互斥锁,v(full)
  • 然后考虑消费者,在多个消费者和多个生产商同时存在的情况下: 
    • 1.检查共享的内存中数据是否为空 
      • 如果空,说明无法消费,那么睡觉
      • 否则,p(full),进程继续
    • 2.在执行操作前申请互斥锁 
      • 如果被其他进程上锁,说明当前共享内存区域被其他进程使用,那么进入等待队列等待互斥锁被释放
      • 否则,对互斥锁上锁,进程继续
    • 3.消费一个商品,并且释放互斥锁,v(empty)

注释完整的实现方案(C语言)


  • init.c : 对共享内存的数据进行初始化和清理工作
#include 
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "ipc.h"int main ( int argc , char * argv[] ){ int i,producer_pid,consumer_pid,item,shmid; semaphore mutex,empty,full;//定义互斥量mutex,定义信号量empty,full; union semun sem_union; void* shared_memory = (void*)0; struct shared_use_st * shared_stuff; /* int semget ( key_t key , int num_sems , int sem_flags ); 1.第一个参数key是一个用来允许不相关的进程访问相同信号量的整数值, 所有的信号量信号量是为不同的程序提供一个key来简介访问的, 对于每一个信号量系统生成一个信号量标识符。符号量键值只可以由semget 获得,所有其他的信号量函数所用的信号量标识符都是由semget所返回的。 2.num_sems参数是所需要的信号量数目,这个值通常是1 3.sem_flags参数是一个标记集合 IPC_CREAT与IPC_EXCL的组合来保证我们可以的到一个新的唯一的信号量 如果得不到会报错 4.返回值如果是一个整数,这是用于其他信号量函数的标识符, 如果失败,则会返回-1 */ if ( ( mutex = semget ( (key_t) KEY_MUTEX , 1 , 0666|IPC_CREAT)) == -1 ) { fprintf ( stderr , "Failed to create semaphore!"); exit(EXIT_FAILURE); } if (( empty = semget( (key_t) KEY_EMPTY , 1 , 0666|IPC_CREAT)) == -1 ) { fprintf ( stderr , "Failed to create semaphore!"); exit(EXIT_FAILURE); } if (( full = semget((key_t) KEY_FULL , 1 , 0666|IPC_CREAT)) == -1 ) { fprintf ( stderr , "Failed to create semaphore!"); exit(EXIT_FAILURE); } if ((shmid = shmget ((key_t)KEY_SHM,sizeof (struct shared_use_st),0666|IPC_CREAT))==-1) { fprintf ( stderr , "Failerd to create shared memory!"); exit(EXIT_FAILURE); } sem_union.val = 1; if ( semctl(mutex,0,SETVAL,sem_union) == -1 ) { fprintf ( stderr , "Failed to set semaphore!"); exit(EXIT_FAILURE); } sem_union.val = 0; if ( semctl(full,0,SETVAL,sem_union) == -1 ) { fprintf ( stderr , "Failed to set semaphore!"); exit(EXIT_FAILURE); } sem_union.val = BUFFER_SIZE; if ( semctl(empty, 0 , SETVAL , sem_union) == -1 ) { fprintf ( stderr , "Failed to set semaphore!"); exit(EXIT_FAILURE); } /* void* shmat ( int shmid , const void* shmaddr , int shmflg ) 链接共享内存标识符为shmid的共享内存,链接成功后把共享内存区对象 映射到调用进程的地址空间,随后可像本地空间一样访问。 shmid 共享内存标识符 shmaddr 指定共享内存出现在进程内存地址的什么位置,直接指定为NULL让内核自己决定 一个合适的地址位置. SHM_RDONLY 为只读模式,其他为读写模式 */ if (( shared_memory = shmat( shmid ,(void*)0 , 0)) == (void*)-1 ) { fprintf ( stderr , "shmat failed\n"); exit(EXIT_FAILURE); } shared_stuff = ( struct shared_use_st * ) shared_memory; for ( i = 0; i < BUFFER_SIZE ; i ++ ) { shared_stuff->buffer[i] = 0; } shared_stuff->low = 0; shared_stuff->high = 0; shared_stuff->cur = 0; exit(EXIT_SUCCESS);} /* int shmdt ( const void* shmaddr ) 与shmat相反,是用来断开与共享内存附加点的地址,进制本进程访问瓷片共享内存 shmaddr:链接共享内存的起始地址 成功返回0,除错返回-1 */
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 32
  • 33
  • 34
  • 35
  • 36
  • 37
  • 38
  • 39
  • 40
  • 41
  • 42
  • 43
  • 44
  • 45
  • 46
  • 47
  • 48
  • 49
  • 50
  • 51
  • 52
  • 53
  • 54
  • 55
  • 56
  • 57
  • 58
  • 59
  • 60
  • 61
  • 62
  • 63
  • 64
  • 65
  • 66
  • 67
  • 68
  • 69
  • 70
  • 71
  • 72
  • 73
  • 74
  • 75
  • 76
  • 77
  • 78
  • 79
  • 80
  • 81
  • 82
  • 83
  • 84
  • 85
  • 86
  • 87
  • 88
  • 89
  • 90
  • 91
  • 92
  • 93
  • 94
  • 95
  • 96
  • 97
  • 98
  • 99
  • 100
  • 101
  • 102
  • 103
  • 104
  • 105
  • 106
  • 107
  • 108
  • 109
  • 110
  • producer.c: 生产商的进程代码
#include "ipc.h"int main ( int argc , char * argv[] ){    int i,item,shmid;    semaphore  mutex,empty,full;    union semun sem_union;    void* shared_memory = (void*)0;    struct shared_use_st *shared_stuff;    if ((mutex = semget((key_t)KEY_MUTEX,1,0666|IPC_CREAT)) == -1 )    {        fprintf ( stderr , "Failed to create semaphore!");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if ((empty = semget((key_t)KEY_EMPTY,1,0666|IPC_CREAT)) == -1 )    {        fprintf ( stderr , "Failed to create semaphore!");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if ((full = semget((key_t)KEY_FULL,1,0666|IPC_CREAT)) == -1 )    {        fprintf ( stderr , "Failed to create semaphore!");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if ((shmid=shmget((key_t)KEY_SHM,sizeof(struct shared_use_st),0666|IPC_CREAT)) == -1 )    {        fprintf ( stderr , "Failed to create semaphore!");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if ((shared_memory = shmat(shmid,(void*)0,0)) == (void*)-1)    {        fprintf ( stderr , "shmat failed\n");        exit(EXIT_FAILURE);    }    shared_stuff = ( struct shared_use_st * ) shared_memory;    for ( i = 0 ; i < 30 ; i++ )    {        item = ++(shared_stuff->cur);        sleep(1);        printf ( "Producing item %d\n" , item );        sem_p ( empty );//减少一个空位        sem_p ( mutex );//锁上互斥锁        (shared_stuff->buffer)[(shared_stuff->high)] = item;        (shared_stuff->high) = ((shared_stuff->high)+1) % BUFFER_SIZE;        printf ( "Inserting item %d\n" , item );        sem_v ( mutex );        sem_v ( full );    }    if ( shmdt(shared_memory) == -1 )    {        fprintf ( stderr , "shmat failed\n");        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf ( "Finish!\n" );    getchar();    exit(EXIT_SUCCESS);}
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 32
  • 33
  • 34
  • 35
  • 36
  • 37
  • 38
  • 39
  • 40
  • 41
  • 42
  • 43
  • 44
  • 45
  • 46
  • 47
  • 48
  • 49
  • 50
  • 51
  • 52
  • 53
  • 54
  • 55
  • 56
  • 57
  • 58
  • 59
  • 60
  • 61
  • consumer.c: 消费者的进程代码
#include "ipc.h"int main ( int argc , char* argv[] ){    int i,item,shmid;    semaphore mutex,empty,full;    void* shared_memory = ( void* ) 0;    struct shared_use_st* shared_stuff;    if ((mutex=semget((key_t)KEY_MUTEX,1,0666|IPC_CREAT)) == -1 )    {        fprintf (stderr , "Failed to create semaphore!");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if ((empty=semget((key_t)KEY_EMPTY,1,0666|IPC_CREAT)) == -1 )    {        fprintf (stderr , "Failed to create semaphore!");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if ((full=semget((key_t)KEY_FULL,1,0666|IPC_CREAT)) == -1 )    {        fprintf (stderr , "Failed to create semaphore!");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if ((shared_memory = shmat(shmid,(void*)0,0) ) ==(void*)-1 )    {        fprintf ( stderr , "shmat failed\n");        exit(EXIT_FAILURE);    }    shared_stuff = (struct shared_use_st*)shared_memory;    for(i=0;i<30;i++)    {        sem_p(full);        sem_p(mutex);        item = shared_stuff->buffer[shared_stuff->low];        (shared_stuff->buffer)[(shared_stuff->low)]=0;        shared_stuff->low = ((shared_stuff->low)+1)%BUFFER_SIZE;        printf ( "Removing item %d\n" , item );        sem_v(mutex);        sem_v(empty);        printf ( "Consuming item %d\n" ,item );        sleep(2);    }    if ( shmdt(shared_memory) == -1 )     {        fprintf ( stderr , "shmat failed\n" );        exit ( EXIT_FAILURE);    }    printf ( "Finish!\n" );    getchar();    exit(EXIT_SUCCESS);}

你可能感兴趣的文章
C语言字符、字符串操作偏僻函数总结
查看>>
Git的Patch功能
查看>>
分析C语言的声明
查看>>
TCP为什么是三次握手,为什么不是两次或者四次 && TCP四次挥手
查看>>
C结构体、C++结构体、C++类的区别
查看>>
进程和线程的概念、区别和联系
查看>>
CMake 入门实战
查看>>
绑定CPU逻辑核心的利器——taskset
查看>>
Linux下perf性能测试火焰图只显示函数地址不显示函数名的问题
查看>>
c结构体、c++结构体和c++类的区别以及错误纠正
查看>>
Linux下查看根目录各文件内存占用情况
查看>>
A星算法详解(个人认为最详细,最通俗易懂的一个版本)
查看>>
利用栈实现DFS
查看>>
逆序对的数量(递归+归并思想)
查看>>
数的范围(二分查找上下界)
查看>>
算法导论阅读顺序
查看>>
Windows程序设计:直线绘制
查看>>
linux之CentOS下文件解压方式
查看>>
Django字段的创建并连接MYSQL
查看>>
div标签布局的使用
查看>>