实验六 信号量实现进程同步

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信号量实现进程同步

【实验目的】

进程同步是操作系统多进程/多线程并发执行的关键之一，进程 同步是并发进程为了完成共同任务采用某个条件来协调他们的活 动，这是进程之间发生的一种直接制约关系。本次试验是利用信号量进行进程同步。

【实验软硬件环境】

Linux，gcc

【实验内容】

生产者进程生产产品，消费者进程消费产品。当生产者进程生产产品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者进程必须等待消费者进程释放出一个缓冲区。当消费者进程消费产品时，如果缓冲区中没有产品，那么消费 者进程将被阻塞，直到新的产品被生产出来。

【实验程序及分析】
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#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXSEM 5
union semun
{
     int val;
     struct semid_ds *buf;
     unsigned short *array;
};
int fullid, emptyid,mutxid;   //f 已有产品量  e 空余量
int main(){
   struct sembuf P,V;
   union semun arg;
   //声明共享主存array, sum, get, set
   int *array;
   int *sum;
   int *get;
   int *set;
   //将array，sum,set,get映射到共享主存
   array =(int *)mmap(NULL,sizeof(int)*MAXSEM,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
   sum=(int *)mmap(NULL,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0); 
   set=(int *)mmap(NULL,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
   get=(int *)mmap(NULL,sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
   //创建信号量fullid, emptyid,mutxid
   fullid=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|0666);
   emptyid=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|0666);
   mutxid=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|0666);
   //初始化信号量
   arg.val=0;
   if(semctl(fullid,0,SETVAL,arg)==-1)perror("semctl setval error");
      arg.val=MAXSEM;
   if(semctl(emptyid,0,SETVAL,arg)==-1)perror("semctl setval error");
      arg.val=1;
   if(semctl(mutxid,0,SETVAL,arg)==-1)perror("semctl setval error");
   //初始化P，V操作
   V.sem_num=0;
   V.sem_op=1;
   V.sem_flg=SEM_UNDO;
   P.sem_num=0;
   P.sem_op=-1;
   P.sem_flg=SEM_UNDO;
   //创建生产者进程
   pid_t fpid1=fork();
   if(fpid1==0){
   int i=0;
     while(i<100){
   //对emptyid ,mutxid执行P操作
   semop(emptyid,&P,1);
   semop(mutxid,&P,1);
   array[*(set)%MAXSEM] = i+1;   //生产产品
   (*set)++;
   printf("produce %d\n",i+1);
//对emptyid, mutxid执行V操作
   semop(mutxid,&V,1);
   semop(fullid,&V,1);
   i++;
} 
//休眠一段时间
  sleep(1);
//打印生产者结束
  printf("producer is over\n");
  exit(0);
   }else{
   //创建消费者进程
        pid_t fpid2=fork();
        if(fpid2==0){
         //消费者进程A
         while(1){
       //对fuild, mutxid执行P操作
       semop(fullid,&P,1);
       semop(mutxid,&P,1);
        if(*get == 100)
        break;
        *sum += array[(*get)%MAXSEM];
        printf("the comsumer A get number %d\n", array[(*get)%MAXSEM]);
        (*get) ++;
        if(*get == 100)
         {printf("the sum is %d\n", *sum);
        break;
        }
       //对emptyid, mutxid执行V操作
       semop(mutxid,&V,1);
       semop(emptyid,&V,1);
       sleep(0.5);
   }   
      printf("consumer A is over\n");
      exit(0);
        }else{
        //消费者进程B
         while(1){
       //对fuild, mutxid执行P操作
       semop(fullid,&P,1);
       semop(mutxid,&P,1);
        if(*get == 100)
        break;
        *sum += array[(*get)%MAXSEM];
        printf("the comsumer B get number %d\n", array[(*get)%MAXSEM]);
        (*get) ++;
        if(*get == 100)
        {printf("the sum is %d\n", *sum);
        break;
        }
       //对emptyid, mutxid执行V操作
       semop(mutxid,&V,1);
       semop(emptyid,&V,1);
        sleep(0.5);
   }
      printf("consumer B is over\n");
      exit(0);
         }
   
   }
   
}

【程序分析】：

本次实验创建了一个生产者进程和两个消费者进程，主要是通过共享内存机制通过进行PV操作完成，设置了信号量fullid, emptyid,mutxid来实现对生产者，消费者的操作。生产者总共需要生产100个产品，消费者取出产品并进行输出产品编号。