利用通信API实现进程之间的同步;
建立司机和售票员进程,并实现他们的同步;
设计思路:问题的关键在于 进程的同步 。在如何实现进程同步上,我选择了信号量的方法来实现。因为司机和售票员是两个进程,且有很多相似的部分,所以直接采用了 父子进程 来模拟这两个司机和售票员进程。用信号量的 PV操作 来实现对输出信息的加锁,最终实现同步运行,而同步运行的标准就是按照“售票——启动车辆——正常行车——到站停车——开车门——乘客上下车——关车门——售票”的顺序循环输出。为了使程序更加简洁易读,将部分函数代码封装在了semaphore.c中,通过semaphore.h文件引入到sync.c文件中。
实验环境:Linux系统,Ubuntu 64位 20.04.2.0;
实验代码:
semaphore.h.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>/* 该变量用于存放生成Key值的文件路径 */
#define SEM_FILE "./semfile"/** 这是一个联合体;* val:用于存放初始化信号量的值;* buf:存放struct semid_ds结构体变量的地址;*/
union semun{int val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *__buf;
};/* *该函数用来输出错误信息;*/
void print_err(char *estr){perror(estr);exit(-1);
}/** 该函数用于创建或者获取信号量集合;* 参数:信号量个数;* 返回值:信号量集合的标识符;*/
int creat_or_get_sem(int nsems){int semid;int fd = -1;key_t key = -1;/* 创建一个文件,并打开以确保文件路径可用; */fd = open(SEM_FILE, O_RDWR|O_CREAT, 0664);if(fd == -1) print_err("open ./semfile fail");/* ftok()函数用文件的路径名和一个ASCLL码生成一个唯一的key值; */key = ftok(SEM_FILE, 'a');if(key == -1) print_err("ftok fail");/* 生成信号量集合(包含nsems个信号量)并接收信号量集合标识符; */semid = semget(key, nsems, 0664|IPC_CREAT);if(semid == -1) print_err("semget fail");return semid;
}/** 该函数用于设置信号量集合中信号量的值;*/
void init_sem(int semid, int semnum, int val){int ret = -1;union semun sem_un; // 联合体变量sem_un;sem_un.val = val; // 信号量的初始值;/* * semid:信号量集合标识符;* semnum:信号量编号;* SETVAL:设置信号量初始值cmd,确定第四个参数应该为int型;* sem_un:信号量的初始值;*/ret = semctl(semid, semnum, SETVAL, sem_un);if(ret == -1) print_err("semctl fail");
}/** 该函数用来删除信号量集合和删除用于生成Key值的路径文件;*/
void del_sem(int semid, int nsems){int ret = -1;ret = semctl(semid, 0, IPC_RMID); if(ret == -1) print_err("semctl del sem fail");remove(SEM_FILE);
}/* * 该函数实现P操作;*/
void p_sem(int semid, int semnum_buf[], int nsops){int i = 0;int ret = -1;/** 该结构体在semop头文件中已经被定义;* struct sembuf{* unsigned short sem_num; 信号量编号;* short sem_op; 设置为-1表示P操作,设置为1表示V操作;* short sem_flg; 设置为SEM_UND0可以防止死锁;* }*/struct sembuf sops[nsops];for(i = 0; i < nsops; i++){sops[i].sem_num = semnum_buf[i]; // 信号量编号;sops[i].sem_op = -1; // P操作;sops[i].sem_flg = SEM_UNDO; // 防止死锁;}ret = semop(semid, sops, nsops);if(ret == -1) print_err("semop p fail");
}/* * 该函数实现V操作;*/
void v_sem(int semid, int semnum_buf[], int nsops){int i = 0;int ret = -1;struct sembuf sops[nsops];for(i = 0; i < nsops; i++){sops[i].sem_num = semnum_buf[i]; // 信号量编号;sops[i].sem_op = 1; // V操作;sops[i].sem_flg = SEM_UNDO; // 防止死锁;}ret = semop(semid, sops, nsops);if(ret == -1) print_err("semop p fail");
}
semaphore.h.h:
#ifndef H_SEM_H
#define H_SEM_Hextern void print_err(char *estr);
extern int creat_or_get_sem(int nsems);
extern void init_sem(int semid, int semnum, int val);
extern void del_sem(int semid, int nsems);
extern void p_sem(int semid, int semnum_buf[], int nsops);
extern void v_sem(int semid, int semnum_buf[], int nsops);#endif
sync.c:
/** 该程序通过信号量实现司机进程和售票员进程的同步;* 输出:司机和售票员进程的同步运行轨迹,其中红色为司机进程输出,蓝色为售票员进程输出;*/
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<signal.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<stdio.h>
#include "semaphore.h"/* 信号量个数; */
#define NSEMS 2/* 信号量集合的标识符; */
int semid;/** 该函数会调用del_sem函数删除信号量集合和创建Key的路径文件;*/
void signal_fun(int signo){del_sem(semid, NSEMS);exit(-1);
}int main(void){int ret = -1;int fd = -1;int i = 0;/* */int semnum_buf[1] = {0};/* 创建信号量集合,接收信号量集合标识符; */semid = creat_or_get_sem(NSEMS);/* 初始化信号量集合中的每个信号量(每个都设置为0);*/for(i = 0; i < NSEMS; i++){init_sem(semid, i, 0);}ret = fork();if(ret > 0){ /* * 该段代码是父进程(司机进程)执行的;*/while(1){semnum_buf[0] = 0;p_sem(semid, semnum_buf, 1);printf("