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我想分叉多个进程,然后在它们上使用信号量。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);
}

输出是:

孩子(0)分叉
儿童(1) 分叉的
  Child(0) 处于临界区。
  Child(1) 处于临界区。
孩子(2) 分叉的
  Child(2) 处于临界区。
孩子(3) 分叉的
  Child(3) 处于临界区。
儿童(4) 分叉的
  Child(4) 处于临界区。
  Child(0) *p=0 的新值。
  Child(1) *p=1 的新值。
  Child(2) *p=3 的新值。
  Child(3) *p=3 的新值。

  Child(4) *p=4 的新值。
家长:所有孩子都退出了。

这显然意味着信号量没有按预期工作。你能解释一下我应该如何在分叉的进程上使用信号量吗?

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您面临的问题是对sem_init()功能的误解。当您阅读手册页 时,您将看到:

pshared 参数指示该信号量是在进程的线程之间还是在进程之间共享。

如果你已经读完了这点,你会认为 pshared 的非零值会使信号量成为进程间信号量。然而,这是错误的。你应该继续阅读,你会明白你必须在共享内存区域中找到信号量。为此,可以使用几个函数,如下所示:

如果 pshared 不为零,则信号量在进程之间共享,并且应该位于共享内存的区域中(请参阅 shm_open(3)、mmap(2) 和 shmget(2))。(由于 fork(2) 创建的子进程继承了其父进程的内存映射,它也可以访问信号量。)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) 等对信号量进行操作.

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

下面你可以看到一个完整的程序说明了以下内容:

  • 如何在分叉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。
  • 如何分叉多个进程并使父进程等到其所有子进程退出。
#include <stdio.h>          /* printf()                 */
#include <stdlib.h>         /* exit(), malloc(), free() */
#include <sys/types.h>      /* key_t, sem_t, pid_t      */
#include <sys/shm.h>        /* shmat(), IPC_RMID        */
#include <errno.h>          /* errno, ECHILD            */
#include <semaphore.h>      /* sem_open(), sem_destroy(), sem_wait().. */
#include <fcntl.h>          /* 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);
    }
}

输出

./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.

检查也不错,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,从而导致其中一个更改影响另一个。因此程序执行会变得混乱。为了避免这种情况,最好检查是否ftok() 返回 -1(最好检查源代码而不是像我那样打印到屏幕上,尽管我想向您显示键值以防发生冲突)。

注意信号量是如何声明和初始化的。sem_t sem这与您在问题( vs sem_t* sem)中所做的不同。此外,您应该使用它们在本例中出现的样子。您不能sem_t*sem_init().

于 2013-05-06T14:25:00.733 回答
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Linux 最小匿名sem_init+mmap MAP_ANONYMOUS示例

我喜欢这种设置,因为它不会像那样污染任何全局命名空间sem_open

唯一的缺点是它MAP_ANONYMOUS不是 POSIX,而且我不知道有什么替代品:匿名共享内存? shm_open例如需要一个全局标识符,就像sem_open.

主.c:

#define _GNU_SOURCE
#include <assert.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv) {
    pid_t pid;
    typedef struct {
        sem_t sem;
        int i;
    } Semint;

    Semint *semint;
    size_t size = sizeof(Semint);
    semint = (Semint *)mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS | MAP_SHARED, 0, 0);
    assert(semint != MAP_FAILED);
    /* 1: shared across processes
     * 0: initial value, wait locked until one post happens (making it > 0)
     */
    sem_init(&semint->sem, 1, 0);
    semint->i = 0;
    pid = fork();
    assert(pid != -1);
    if (pid == 0) {
        sleep(1);
        semint->i = 1;
        msync(&semint->sem, size, MS_SYNC);
        sem_post(&semint->sem);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    if (argc == 1) {
        sem_wait(&semint->sem);
    }
    /* Was modified on the other process. */
    assert(semint->i == 1);
    wait(NULL);
    sem_destroy(&semint->sem);
    assert(munmap(semint, size) != -1);
    return EXIT_SUCCESS;
}

编译:

gcc -g -std=c99 -Wall -Wextra -o main main.c -lpthread

运行sem_wait

./main

运行没有sem_wait

./main 1

如果没有这种同步,assert很可能会失败,因为孩子会睡一整秒:

main: main.c:39: main: Assertion `semint->i == 1' failed.

在 Ubuntu 18.04 上测试。GitHub 上游.

于 2018-08-27T15:25:45.470 回答