用信号量解决生产者、消费者问题

实现shmfifo

ip.h

#ifndef _IPC_H
#define _IPC_H #include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h> #include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h> union semun {
int val; /* Value for SETVAL */
struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */
struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO
(Linux-specific) */
}; #define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while (0) int sem_create(key_t key);
int sem_del(int semid);
int sem_open(key_t key);
int sem_setval(int semid, int val);
int sem_getval(int semid, int val);
int sem_p(int semid);
int sem_v(int semid); #endif // !_IPC_H

ip.c

#include "ipc.h"

int sem_create(key_t key)
{
int semid;
semid = semget(key, 1, IPC_CREAT|IPC_EXCL| 0666);
if(semid == -1)
ERR_EXIT("semget"); return semid;
} int sem_open(key_t key)
{
int semid;
semid = semget(key, 0, 0);
if(semid == -1)
ERR_EXIT("semget"); return semid;
} int sem_setval(int semid, int val)
{
union semun su;
su.val = val;
int ret;
ret = semctl(semid, 0, SETVAL, su);
if(ret == -1)
ERR_EXIT("semctl"); return 0;
} int sem_del(int semid)
{
int ret;
ret = semctl(semid, 0, IPC_RMID, 0);
if(ret == -1)
ERR_EXIT("semctl"); return 0;
} int sem_getval(int semid, int val)
{
int ret;
ret = semctl(semid, 0, GETVAL, 0);
if(ret == -1)
ERR_EXIT("semctl getval"); return ret;
} int sem_p(int semid)
{
struct sembuf sops = {0, -1, 0};
int ret;
ret = semop(semid, &sops, 1);
if(ret == -1)
ERR_EXIT("semop"); return 0;
} int sem_v(int semid)
{
struct sembuf sops = {0, 1, 0};
int ret;
ret = semop(semid, &sops, 1);
if(ret == -1)
ERR_EXIT("semop"); return 0;
}

shmfifo.h

#ifndef SHM_FIFO_H
#define SHM_FIFO_H #include "ipc.h" typedef struct shmfifo shmfifo_t;
typedef struct shmhead shmhead_t; struct shmhead
{
unsigned int blksize; //块大小
unsigned int blocks; //总块数
unsigned int rd_index; //读索引
unsigned int wr_index; //写索引
}; struct shmfifo
{
shmhead_t *p_shm; //共享内存头部指针
char *p_payload; //有效负载的起始地址 int shmid; //共享内存ID
int sem_mutex; //用来互斥用的信号量
int sem_full; //用来控制共享内存是否满的信号量
int sem_empty; //用来控制共享内存是否空的信号量
}; shmfifo_t* shmfifo_init(int key, int blksize, int blocks);
void shmfifo_put(shmfifo_t* fifo, const void* buf);
void shmfifo_get(shmfifo_t* fifo, void* buf);
void shmfifo_destory(shmfifo_t *fifo); #endif // !SHM_FIFO_H

shmfifo.c

#include "shmfifo.h"
#include <assert.h> #include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h> shmfifo_t* shmfifo_init(int key, int blksize, int blocks)
{
shmfifo_t *fifo = (shmfifo_t*)malloc(sizeof(shmfifo_t));
assert(fifo != NULL);
memset(fifo, 0, sizeof(shmfifo_t)); int shmid; //假设共享内存已存在,直接打开
shmid = shmget(key, 0, 0);
int size = sizeof(shmhead_t) + blksize*blocks; if(shmid == -1)
{
//打开失败,表示之前没有创建共享内存
fifo->shmid = shmget(key, size, IPC_CREAT|0666);
if(fifo->shmid == -1)
ERR_EXIT("shmget"); //把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间
fifo->p_shm = (shmhead_t*)shmat(fifo->shmid, NULL, 0);
if(fifo->p_shm == (shmhead_t*)-1)
ERR_EXIT("shmat"); //初始化fifo这个结构
fifo->p_payload = (char *)(fifo->p_shm + 1);
fifo->p_shm->blksize = blksize;
fifo->p_shm->blocks = blocks;
fifo->p_shm->rd_index = 0;
fifo->p_shm->wr_index = 0; //创建信号量
fifo->sem_mutex = sem_create(key);
fifo->sem_full = sem_create(key+1);
fifo->sem_empty = sem_create(key+2); //设置信号量初始值
sem_setval(fifo->sem_mutex, 1);
sem_setval(fifo->sem_full, blocks);
sem_setval(fifo->sem_empty, 0); }
else
{
//打开成功,共享内存和信号量已经存在
//共享内存和信号量使用的同一个key;共享内存之间或信号量之间不能用一个key fifo->shmid = shmid;
fifo->p_shm = shmat(fifo->shmid, NULL, 0);
if(fifo->p_shm == (shmhead_t*)-1)
ERR_EXIT("shmat"); fifo->p_payload = (char *)fifo->p_shm+1; fifo->sem_mutex = sem_open(key);
fifo->sem_full = sem_open(key+1);
fifo->sem_empty = sem_open(key+2);
} return fifo;
} void shmfifo_put(shmfifo_t* fifo, const void* buf)
{
//对信号量sem_full进行P操作;(sem_full = blocks)
//sem_full--
//若sem_full减1后仍大于或等于0,则进程继续执行
//若sem_full减1后小于0,则该进程被阻塞后放入等待该信号量的等待队列中,然后转进程调度
sem_p(fifo->sem_full); // >=0
//进程对信号量sem_mutex进行P操作,其它写进程将阻塞
sem_p(fifo->sem_mutex); //将buf拷贝到共享内存中
memcpy(fifo->p_payload + fifo->p_shm->blksize*fifo->p_shm->wr_index, buf, fifo->p_shm->blksize);
//更新写的下标
fifo->p_shm->wr_index = (fifo->p_shm->wr_index+1) % fifo->p_shm->blksize; //进程对信号量sem_mutex进行V操作,其他写进程可以执行
sem_v(fifo->sem_mutex); //对共享内存进行V操作;
//sem_empty ++
//若加1后结果大于0,则进程继续执行;
//若相加后结果小于或等于0,则从该信号的等待队列中释放一个等待进程,然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
sem_v(fifo->sem_empty);
} void shmfifo_get(shmfifo_t* fifo, void* buf)
{
//对信号量sem_empty进行P操作;(sem_full = 0)
//sem_empty--
//若sem_empty减1后仍大于或等于0,则进程继续执行
//若sem_empty减1后小于0,则该进程被阻塞后放入等待该信号量的等待队列中,然后转进程调度
sem_p(fifo->sem_empty); // >=0
//进程对信号量sem_mutex进行P操作,其它读进程将阻塞
sem_p(fifo->sem_mutex); //将共享内存拷贝到buf中
memcpy( buf, fifo->p_payload + fifo->p_shm->blksize*fifo->p_shm->rd_index, fifo->p_shm->blksize);
//更新读的下标
fifo->p_shm->rd_index = (fifo->p_shm->rd_index+1) % fifo->p_shm->blksize; //进程对信号量sem_mutex进行V操作,其他写进程可以执行
sem_v(fifo->sem_mutex); //对共享内存进行V操作;
//sem_full ++
//若加1后结果大于0,则进程继续执行;
//若相加后结果小于或等于0,则从该信号的等待队列中释放一个等待进程,然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
sem_v(fifo->sem_full);
} void shmfifo_destory(shmfifo_t *fifo)
{
sem_del(fifo->sem_mutex);
sem_del(fifo->sem_full);
sem_del(fifo->sem_empty); shmdt(fifo->p_shm);
shmctl(fifo->shmid, IPC_RMID, NULL); free(fifo);
}

shmfifo_send.c

#include "shmfifo.h"

typedef struct stu
{
int name[32];
int age;
}STU; int main(void)
{
shmfifo_t *fifo = shmfifo_init(1234, sizeof(STU), 3); STU s;
memset(&s, 9, sizeof(STU));
s.name[0] = 'A'; int i;
for(i=0; i<5; ++i)
{
s.age = 20 + i;
shmfifo_put(fifo,&s);
s.name[0] = s.name[0] + 1; printf("send ok\n");
}
return 0;
}

shmfifo_recv.c

#include "shmfifo.h"

typedef struct stu
{
int name[32];
int age;
}STU; int main(void)
{
shmfifo_t *fifo = shmfifo_init(1234, sizeof(STU), 3); STU s;
memset(&s, 9, sizeof(STU)); int i;
for(i=0; i<5; ++i)
{
s.age = 20 + i;
shmfifo_get(fifo,&s);
printf("name = %s age = %d\n",s.name, s.age);
}
return 0;
}

shmfifo_free

#include "shmfifo.h"

typedef struct stu
{
int name[32];
int age;
}STU; int main(void)
{
shmfifo_t *fifo = shmfifo_init(1234, sizeof(STU), 3);
shmfifo_destory(fifo); return 0;
}

Makefile

.PHONY:clean all

CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g BIN = shmfifo_recv shmfifo_send shmfifo_free
OBJS1 = shmfifo_recv.o shmfifo.o ipc.o
OBJS2 = shmfifo_send.o shmfifo.o ipc.o
OBJS3 = shmfifo_free.o shmfifo.o ipc.o
all:$(BIN) %.o:%.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@ shmfifo_recv: ${OBJS1}
$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@ shmfifo_send: ${OBJS2}
$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@ shmfifo_free: ${OBJS3}
$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@ clean:
rm -rf *.o $(BIN)

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