如何在C中的分叉进程上使用POSIX信号量？

编程问答 2022-05-25

问题描述

您面临的问题是对sem_init()功能的误解。阅读手册页时， 您将看到以下内容：

pshared参数指示此信号量是在进程的线程之间还是在进程之间共享。

如果您到此为止都读完了，您将认为pshared的非零值将使信号量成为进程间信号量。但是，这是错误的。您应该继续阅读，您将了解到必须在共享内存区域中找到信号灯。为此，可以使用几个功能，如下所示：

如果pshared为非零，则信号量在进程之间共享，并且应位于共享内存的区域中（请参见shm_open（3），mmap（2）和shmget（2））。（由于fork（2）创建的子级继承了其父级的内存映射，因此它也可以访问该信号量。）任何可以访问共享内存区域的进程都可以使用sem_post（3），sem_wait（3）等对该信号量进行操作。 。

我发现这种方法比其他方法更为复杂，因此我想鼓励人们使用sem_open()而不是sem_init()。

在下面您可以看到一个完整的程序，说明了以下内容：

  • 如何在派生的进程之间分配共享内存和使用共享变量。
  • 如何在共享内存区域中初始化信号量，并由多个进程使用。

  • 如何派生多个进程并使父级等待所有子级退出。

    include / printf() /

    include / exit(), malloc(), free() /

    include / key_t, sem_t, pid_t /

    include / shmat(), IPC_RMID /

    include / errno, ECHILD /

    include / sem_open(), sem_destroy(), sem_wait().. /

    include / O_CREAT, O_EXEC /

    int main (int argc, char argv){ int i; / loop variables / key_t shmkey; / shared memory key / int shmid; / shared memory id / sem_t sem; / synch semaphore //shared / pid_t pid; / fork pid / int p; / shared variable //shared / unsigned int n; / fork count / unsigned int value; / semaphore value /

    /* initialize a shared variable in shared memory */
shmkey = ftok ("/dev/null", 5);       /* valid directory name and a number */
printf ("shmkey for p = %d\n", shmkey);
shmid = shmget (shmkey, sizeof (int), 0644 | IPC_CREAT);
if (shmid < 0){                           /* shared memory error check */
    perror ("shmget\n");
    exit (1);
}

p = (int *) shmat (shmid, NULL, 0);   /* attach p to shared memory */
*p = 0;
printf ("p=%d is allocated in shared memory.\n\n", *p);

/********************************************************/

printf ("How many children do you want to fork?\n");
printf ("Fork count: ");
scanf ("%u", &n);

printf ("What do you want the semaphore value to be?\n");
printf ("Semaphore value: ");
scanf ("%u", &value);

/* initialize semaphores for shared processes */
sem = sem_open ("pSem", O_CREAT | O_EXCL, 0644, value); 
/* name of semaphore is "pSem", semaphore is reached using this name */

printf ("semaphores initialized.\n\n");

/* fork child processes */
for (i = 0; i < n; i++){
    pid = fork ();
    if (pid < 0) {
    /* check for error      */
        sem_unlink ("pSem");   
        sem_close(sem);  
        /* unlink prevents the semaphore existing forever */
        /* if a crash occurs during the execution         */
        printf ("Fork error.\n");
    }
    else if (pid == 0)
        break;                  /* child processes */
}

/******************************************************/
/******************   PARENT PROCESS   ****************/
/******************************************************/
if (pid != 0){
    /* wait for all children to exit */
    while (pid = waitpid (-1, NULL, 0)){
        if (errno == ECHILD)
            break;
    }

    printf ("\nParent: All children have exited.\n");

    /* shared memory detach */
    shmdt (p);
    shmctl (shmid, IPC_RMID, 0);

    /* cleanup semaphores */
    sem_unlink ("pSem");   
    sem_close(sem);  
    /* unlink prevents the semaphore existing forever */
    /* if a crash occurs during the execution         */
    exit (0);
}

/******************************************************/
/******************   CHILD PROCESS   *****************/
/******************************************************/
else{
    sem_wait (sem);           /* P operation */
    printf ("  Child(%d) is in critical section.\n", i);
    sleep (1);
    *p += i % 3;              /* increment *p by 0, 1 or 2 based on i */
    printf ("  Child(%d) new value of *p=%d.\n", i, *p);
    sem_post (sem);           /* V operation */
    exit (0);
}

    }

./a.out 
shmkey for p = 84214791
p=0 is allocated in shared memory.

How many children do you want to fork?
Fork count: 6 
What do you want the semaphore value to be?
Semaphore value: 2
semaphores initialized.

  Child(0) is in critical section.
  Child(1) is in critical section.
  Child(0) new value of *p=0.
  Child(1) new value of *p=1.
  Child(2) is in critical section.
  Child(3) is in critical section.
  Child(2) new value of *p=3.
  Child(3) new value of *p=3.
  Child(4) is in critical section.
  Child(5) is in critical section.
  Child(4) new value of *p=4.
  Child(5) new value of *p=6.

Parent: All children have exited.

检查还不错，shmkey因为ftok()失败时返回-1。但是，如果您有多个共享变量，并且ftok()函数多次失败，则具有shmkeywith值的共享变量-1将驻留在共享内存的同一区域中，从而导致一个更改影响另一个。因此，程序执行将变得混乱。为了避免这种情况，最好检查是否ftok() 返回-1（最好是签入源代码，而不是像我一样打印到屏幕上，尽管我想向您显示键值以防发生冲突）。

请注意如何声明和初始化信号量。它与您在问题（sem_t semvs sem_t* sem）中所做的不同。此外，您应该使用它们在本示例中显示的形式。您不能在中定义sem_t*和使用它sem_init()。

解决方法

我想派生多个进程，然后在它们上使用一个信号灯。这是我尝试过的：

sem_init(&sem,1,1);   /* semaphore*,pshared,value */
.
.
.
if(pid != 0){ /* parent process */
    wait(NULL); /* wait all child processes */

    printf("\nParent: All children have exited.\n");
    .
    .
    /* cleanup semaphores */
    sem_destroy(&sem);      
    exit(0);
}
else{ /* child process */
    sem_wait(&sem);     /* P operation */
    printf("  Child(%d) is in critical section.\n",i);
    sleep(1);
    *p += i%3;  /* increment *p by 0,1 or 2 based on i */
    printf("  Child(%d) new value of *p=%d.\n",i,*p);
    sem_post(&sem);     /* V operation */
    exit(0);
}

输出为：

孩子（0）分叉
孩子（1）分叉
  Child（0）在关键部分。
  Child（1）在关键部分。
孩子（2）分叉
  Child（2）在关键部分。
孩子（3）分叉
  Child（3）在关键部分。
孩子（4）分叉
  Child（4）在关键部分。
  Child（0）新值* p = 0。
  Child（1）新值* p = 1。
  Child（2）的新值* p = 3。
  Child（3）的新值* p = 3。

  Child（4）的新值* p = 4。
父母：所有孩子都退出了。

显然，这意味着信号灯没有按预期的方式工作。您能解释一下我应该如何在分支进程中使用信号量？

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