ipc.h文件:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/sem.h> #include <sys/msg.h> #define BUFSZ 256 //建立或获取 ipc 的一组函数的原型说明 int get_ipc_id(char *proc_file,key_t key); char *set_shm(key_t shm_key,int shm_num,int shm_flag); int set_msq(key_t msq_key,int msq_flag); int set_sem(key_t sem_key,int sem_val,int sem_flag); int down(int sem_id); int up(int sem_id); /*信号灯控制用的共同体*/ typedef union semuns { int val; } Sem_uns; /* 消息结构体*/ typedef struct msgbuf { long mtype; char mtext[1]; } Msg_buf; //生产消费者共享缓冲区即其有关的变量 key_t buff_key; int buff_num; char *buff_ptr; //生产者放产品位置的共享指针 key_t pput_key; int pput_num; int *pput_ptr; //消费者取产品位置的共享指针 key_t cget_key; int cget_num; int *cget_ptr; //生产者有关的信号量 key_t prod_key; key_t pmtx_key; int prod_sem; int pmtx_sem; //消费者有关的信号量 key_t c_PG_key; key_t c_TP_key; key_t c_TG_key; key_t cmtx_key; int c_PG_sem; int c_TP_sem; int c_TG_sem; int cmtx_sem; int sem_val; int sem_flg; int shm_flg;
ipc.c文件:
#include "ipc.h" /* * get_ipc_id() 从/proc/sysvipc/文件系统中获取IPC的id号 * pfile: 对应/proc/sysvipc/目录中的IPC文件分别为 * msg-消息队列,sem-信号量,shm-共享内存 * key: 对应要获取的IPC的id号的键值 */ int get_ipc_id(char *proc_file,key_t key) { FILE *pf; int i,j; char line[BUFSZ],colum[BUFSZ]; if((pf = fopen(proc_file,"r")) == NULL){ perror("Proc file not open"); exit(EXIT_FAILURE); } fgets(line, BUFSZ,pf); while(!feof(pf)){ i = j = 0; fgets(line, BUFSZ,pf); while(line[i] == ' ') i++; while(line[i] !=' ') colum[j++] = line[i++]; colum[j] = '\0'; if(atoi(colum) != key) continue; j=0; while(line[i] == ' ') i++; while(line[i] !=' ') colum[j++] = line[i++]; colum[j] = '\0'; i = atoi(colum); fclose(pf); return i; } fclose(pf); return -1; } /* * 信号灯上的down/up操作 * semid:信号灯数组标识符 * semnum:信号灯数组下标 * buf:操作信号灯的结构 */ int down(int sem_id) { struct sembuf buf; buf.sem_op = -1; buf.sem_num = 0; buf.sem_flg = SEM_UNDO; if((semop(sem_id,&buf,1)) <0) { perror("down error "); exit(EXIT_FAILURE); } return EXIT_SUCCESS; } int up(int sem_id) { struct sembuf buf; buf.sem_op = 1; buf.sem_num = 0; buf.sem_flg = SEM_UNDO; if((semop(sem_id,&buf,1)) <0) { perror("up error "); exit(EXIT_FAILURE); } return EXIT_SUCCESS; } /* * set_sem 函数建立一个具有 n 个信号灯的信号量 * 如果建立成功,返回 一个信号灯数组的标识符 sem_id * 输入参数: * sem_key 信号灯数组的键值 * sem_val 信号灯数组中信号灯的个数 * sem_flag 信号等数组的存取权限 */ int set_sem(key_t sem_key,int sem_val,int sem_flg) { int sem_id; Sem_uns sem_arg; //测试由 sem_key 标识的信号灯数组是否已经建立 if((sem_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/sem",sem_key)) < 0 ) { //semget 新建一个信号灯,其标号返回到 sem_id if((sem_id = semget(sem_key,1,sem_flg)) < 0) { perror("semaphore create error"); exit(EXIT_FAILURE); } //设置信号灯的初值 sem_arg.val = sem_val; if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_arg) <0) { perror("semaphore set error"); exit(EXIT_FAILURE); } } return sem_id; } /* * set_shm 函数建立一个具有 n 个字节 的共享内存区 * 如果建立成功,返回 一个指向该内存区首地址的指针 shm_buf * 输入参数: * shm_key 共享内存的键值 * shm_val 共享内存字节的长度 * shm_flag 共享内存的存取权限 */ char * set_shm(key_t shm_key,int shm_num,int shm_flg) { int i,shm_id; char * shm_buf; //测试由 shm_key 标识的共享内存区是否已经建立 if((shm_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/shm",shm_key)) < 0 ) { //shmget 新建 一个长度为 shm_num 字节的共享内存,其标号返回到 shm_id if((shm_id = shmget(shm_key,shm_num,shm_flg)) <0) { perror("shareMemory set error"); exit(EXIT_FAILURE); } //shmat 将由 shm_id 标识的共享内存附加给指针 shm_buf if((shm_buf = (char *)shmat(shm_id,0,0)) < (char *)0) { perror("get shareMemory error"); exit(EXIT_FAILURE); } for(i=0; i<shm_num; i++) shm_buf[i] = 0; //初始为 0 } //shm_key 标识的共享内存区已经建立,将由 shm_id 标识的共享内存附加给指针 shm_buf if((shm_buf = (char *)shmat(shm_id,0,0)) < (char *)0) { perror("get shareMemory error"); exit(EXIT_FAILURE); } return shm_buf; } /* * set_msq 函数建立一个消息队列 * 如果建立成功,返回 一个消息队列的标识符 msq_id * 输入参数: * msq_key 消息队列的键值 * msq_flag 消息队列的存取权限 */ int set_msq(key_t msq_key,int msq_flg) { int msq_id; //测试由 msq_key 标识的消息队列是否已经建立 if((msq_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/msg",msq_key)) < 0 ) { //msgget 新建一个消息队列,其标号返回到 msq_id if((msq_id = msgget(msq_key,msq_flg)) < 0) { perror("messageQueue set error"); exit(EXIT_FAILURE); } } return msq_id; }
producer.c:
#include "ipc.h" int main(int argc,char *argv[]) { int rate; //可在在命令行第一参数指定一个进程睡眠秒数,以调解进程执行速度 if(argv[1] != NULL) rate = atoi(argv[1]); else rate = 3; //不指定为3秒 //共享内存使用的变量 buff_key = 101;//缓冲区任给的键值 buff_num = 3;//缓冲区任给的长度 pput_key = 102;//生产者放产品指针的键值 pput_num = 1; //指针数 shm_flg = IPC_CREAT | 0644;//共享内存读写权限 //获取缓冲区使用的共享内存,buff_ptr指向缓冲区首地址 buff_ptr = (char *)set_shm(buff_key,buff_num,shm_flg); //获取生产者放产品位置指针pput_ptr pput_ptr = (int *)set_shm(pput_key,pput_num,shm_flg); //信号量使用的变量 prod_key = 201;//生产者同步信号灯键值 pmtx_key = 202;//生产者互斥信号灯键值 c_PG_key = 301;//消费者同步信号灯键值 c_TP_key = 302;//消费者互斥信号灯键值 c_TG_key = 303;//消费者互斥信号灯键值 sem_flg = IPC_CREAT | 0644; //生产者同步信号灯初值设为缓冲区最大可用量 sem_val = 1; //获取生产者同步信号灯,引用标识prod_sem prod_sem = set_sem(prod_key,sem_val,sem_flg); //消费者初始无产品可取,同步信号灯初值设为0 sem_val = 0; //获取消费者同步信号灯,引用标识存cons_sem c_PG_sem = set_sem(c_PG_key,sem_val,sem_flg); c_TP_sem = set_sem(c_TP_key,sem_val,sem_flg); c_TG_sem = set_sem(c_TG_key,sem_val,sem_flg); //生产者互斥信号灯初值为1 sem_val = 1; //获取生产者互斥信号灯,引用pmtx_sem pmtx_sem = set_sem(pmtx_key,sem_val,sem_flg); //循环执行模拟生产者不断放产品 int i; int pid; pid=fork(); if(pid==0){ while(1){ int r=rand()%3; switch(r){ case 0: //如果缓冲区满则生产者阻塞 down(prod_sem); //如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞 down(pmtx_sem); //用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置 buff_ptr[*pput_ptr+1] = 'P'; buff_ptr[*pput_ptr+2] = 'G'; sleep(rate); printf("%d producer put: 纸%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr+1],buff_ptr[*pput_ptr+2]); //唤醒阻塞的生产者 up(pmtx_sem); //唤醒阻塞的消费者 up(c_PG_sem); break; case 1: //如果缓冲区满则生产者阻塞 down(prod_sem); //如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞 down(pmtx_sem); //用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置 buff_ptr[*pput_ptr] = 'T'; buff_ptr[*pput_ptr+2] = 'G'; sleep(rate); printf("%d producer put: 烟草%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr],buff_ptr[*pput_ptr+2]); //唤醒阻塞的生产者 up(pmtx_sem); //唤醒阻塞的消费者 up(c_TG_sem); break; case 2: //如果缓冲区满则生产者阻塞 down(prod_sem); //如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞 down(pmtx_sem); //用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置 buff_ptr[*pput_ptr+1] = 'P'; buff_ptr[*pput_ptr] = 'T'; sleep(rate); printf("%d producer put: 烟草%c,纸%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr],buff_ptr[*pput_ptr+1]); //唤醒阻塞的生产者 up(pmtx_sem); //唤醒阻塞的消费者 up(c_TP_sem); break; } } } else{ while(1){ int r=rand()%3; switch(r){ case 0: //如果缓冲区满则生产者阻塞 down(prod_sem); //如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞 down(pmtx_sem); //用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置 buff_ptr[*pput_ptr+1] = 'P'; buff_ptr[*pput_ptr+2] = 'G'; sleep(rate); printf("%d producer put: 纸%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr+1],buff_ptr[*pput_ptr+2]); //唤醒阻塞的生产者 up(pmtx_sem); //唤醒阻塞的消费者 up(c_PG_sem); break; case 1: //如果缓冲区满则生产者阻塞 down(prod_sem); //如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞 down(pmtx_sem); //用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置 buff_ptr[*pput_ptr] = 'T'; buff_ptr[*pput_ptr+2] = 'G'; sleep(rate); printf("%d producer put: 烟草%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr],buff_ptr[*pput_ptr+2]); //唤醒阻塞的生产者 up(pmtx_sem); //唤醒阻塞的消费者 up(c_TG_sem); break; case 2: //如果缓冲区满则生产者阻塞 down(prod_sem); //如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞 down(pmtx_sem); //用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置 buff_ptr[*pput_ptr+1] = 'P'; buff_ptr[*pput_ptr] = 'T'; sleep(rate); printf("%d producer put: 烟草%c,纸%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr],buff_ptr[*pput_ptr+1]); //唤醒阻塞的生产者 up(pmtx_sem); //唤醒阻塞的消费者 up(c_TP_sem); break; } } } return EXIT_SUCCESS; }
consumer.c:
#include "ipc.h" int main(int argc,char *argv[]) { int rate; //可在在命令行第一参数指定一个进程睡眠秒数,以调解进程执行速度 if(argv[1] != NULL) rate = atoi(argv[1]); else rate = 3; //不指定为 3 秒 //共享内存 使用的变量 buff_key = 101; //缓冲区任给的键值 buff_num = 3; //缓冲区任给的长度 cget_key = 103; //消费者取产品指针的键值 cget_num = 1; //指针数 shm_flg = IPC_CREAT | 0644; //共享内存读写权限 //获取缓冲区使用的共享内存,buff_ptr 指向缓冲区首地址 buff_ptr = (char *)set_shm(buff_key,buff_num,shm_flg); //获取消费者取产品指针,cget_ptr 指向索引地址 cget_ptr = (int *)set_shm(cget_key,cget_num,shm_flg); //信号量使用的变量 prod_key = 201; //生产者同步信号灯键值 pmtx_key = 202; //生产者互斥信号灯键值 c_PG_key = 301;//消费者同步信号灯键值 c_TP_key = 302;//消费者互斥信号灯键值 c_TG_key = 303;//消费者互斥信号灯键值 sem_flg = IPC_CREAT | 0644; //信号灯操作权限 //生产者同步信号灯初值设为缓冲区最大可用量 sem_val = 1; //获取生产者同步信号灯,引用标识存 prod_sem prod_sem = set_sem(prod_key,sem_val,sem_flg); //消费者初始无产品可取,同步信号灯初值设为 0 sem_val = 0; //获取消费者同步信号灯,引用标识存 cons_sem c_PG_sem = set_sem(c_PG_key,sem_val,sem_flg); c_TP_sem = set_sem(c_TP_key,sem_val,sem_flg); c_TG_sem = set_sem(c_TG_key,sem_val,sem_flg); //消费者互斥信号灯初值为 1 sem_val = 1; //获取消费者互斥信号灯,引用标识存 cmtx_sem cmtx_sem = set_sem(cmtx_key,sem_val,sem_flg); int pid1,pid2; pid1=fork(); if(pid1==0){ //循环执行模拟消费者不断取产品 while(1){ //如果无产品消费者阻塞 down(c_PG_sem); //如果另一消费者正在取产品,本消费者阻塞 down(cmtx_sem); //用读一字符的形式模拟消费者取产品,报告本进程号和获取的字符及读取的位置 sleep(rate); printf("%d有烟草的吸烟者得到: 纸%c和胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*cget_ptr+1],buff_ptr[*cget_ptr+2]); //唤醒阻塞的消费者 up(cmtx_sem); //唤醒阻塞的生产者 up(prod_sem); } } else{ pid2=fork(); if(pid2==0){ //循环执行模拟消费者不断取产品 while(1){ //如果无产品消费者阻塞 down(c_TP_sem); //如果另一消费者正在取产品,本消费者阻塞 down(cmtx_sem); //用读一字符的形式模拟消费者取产品,报告本进程号和获取的字符及读取的位置 sleep(rate); printf("%d有胶水的吸烟者得到: 纸%c和烟草%c\n",getpid(),buff_ptr[*cget_ptr+1],buff_ptr[*cget_ptr]); //唤醒阻塞的消费者 up(cmtx_sem); //唤醒阻塞的生产者 up(prod_sem); } } else{ //循环执行模拟消费者不断取产品 while(1){ //如果无产品消费者阻塞 down(c_TG_sem); //如果另一消费者正在取产品,本消费者阻塞 down(cmtx_sem); //用读一字符的形式模拟消费者取产品,报告本进程号和获取的字符及读取的位置 sleep(rate); printf("%d有纸的吸烟者得到: 胶水%c和烟草%c\n",getpid(),buff_ptr[*cget_ptr+2],buff_ptr[*cget_ptr]); //唤醒阻塞的消费者 up(cmtx_sem); //唤醒阻塞的生产者 up(prod_sem); } } } return EXIT_SUCCESS; }
Makefile:
hdrs = ipc.h
opts = -g -c
c_src = consumer.c ipc.c
c_obj = consumer.o ipc.o
p_src = producer.c ipc.c
p_obj = producer.o ipc.o
all: producer consumer
consumer: $(c_obj)
gcc $(c_obj) -o consumer
consumer.o: $(c_src) $(hdrs)
gcc $(opts) $(c_src)
producer: $(p_obj)
gcc $(p_obj) -o producer
producer.o: $(p_src) $(hdrs)
gcc $(opts) $(p_src)
clean:
rm consumer producer *.o