2012.2.14 - LINUX内核 - 信号量的实现和应用

本文始作于2012年2月14日，刊登于人人网，于2013年2月13日迁移至此

要求消费者的数量是个变量n，那就得用循环产生进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

void err_sys(char *);

main()
{
    int i, n;
    pid_t pid;

    if ((pid = fork()) < 0)
        err_sys("fork error");
    else if (pid == 0) {
        /* 生产者 */
        printf("生产者 working...\n");
    }
    else {
        for (i = 0; i < 10; ++i) {
            if ((pid = fork()) < 0)
                err_sys("fork error");
            else if (pid == 0) {
                /* 消费者 */
                printf("消费者 working...\n");
                break;
            }
            else;
        }
    }
    return 0;
}

void err_sys(char *message)
{
    printf("%s\n", message);
    exit(0);
}

 

结果说明这样能成功产生固定数量的进程。

接下来测试文件访问，看fopen的文件能不能在多进程下跨进程使用，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

void err_sys(char *);

main()
{
    int i, n;
    pid_t pid;
    FILE *fp;

    fp = fopen("buffer", "w");
    if ((pid = fork()) < 0)
        err_sys("fork error");
    else if (pid == 0) {
        /* 生产者 */
        fprintf(fp, "This is productor.\n");
    }
    else {
        for (i = 0; i < 10; ++i) {
            if ((pid = fork()) < 0)
                err_sys("fork error");
            else if (pid == 0) {
                /* 消费者 */
                fprintf(fp, "This is consulter %d.\n", i);
                break;
            }
            else;
        }
    }
    return 0;
}

void err_sys(char *message)
{
    printf("%s\n", message);
    exit(0);
}

 

不过后来实验指导书上说最好直接用系统调用，那好吧，就用系统调用吧，那这样的话就得先弄明白系统调用怎么使用，这又一篇文章，在网上搜的，基本上解决了所有问题。Linux系统调用（一）—文件读写操作：http://www.am82.com/4265/ 还有：13.4.8 "Read(读)"系统调用：http://book.51cto.com/art/200907/133425.htm

现在面临这几个问题。首先，怎么在内核态实现malloc()，因为我需要在内核的堆栈段创建信号量的结构体，关于这个我在网上看在头文件linux/slab.h下有一个内核函数void *kmalloc(size_t size, int flags);能实现标准函数库里malloc()的功能。这又一篇文章是关于这个的：【Linux】在内核中申请内存 ：http://blog.csdn.net/newfeicui/article/details/6437917 。然后就是写完sem.c之后，怎么写Makefile就又是个问题，因为不了解C语言在连接多个源代码文件的时候应该怎么设置的，更不了解如果要将sem跟他需要的代码连接在一起，就是一起编译，在Makefile里应该怎么写，以及应该跟哪些代码连在一起也不知道该怎么找。然后还有，就是在编写pc.c的时候，生产者还好说，就是在模拟缓冲的文件里写东西，但是消费者是要在里面删东西的啊，这删除好像fprintf()不能完成吧，就得想别的办法了。最后就是sunner提到的这几个sem_*函数怎么用，我在网上找都没有中文的，我发邮件问sunner，他说就看英文的，这是个锻炼的机会，至于我问他为什么man在找open()命令的时候为什么找不到，他说我少安装了个manpages-dev包,其实他想说的是manpage-posix-dev软件包，因为manpages-dev我检查发现已经安过了，最后在baidu上找到了很罕见的中文的解释这几个sem_*命令的博客：POSIX semaphore: sem_open, sem_close, sem_post, sem_wait：http://www.cnblogs.com/BloodAndBone/archive/2011/01/18/1938552.html

经过好几天的努力最终确定pc.c的大概雏形：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

void err_sys(char *);

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

main()
{
    int i, j, n, buf, fd, cfo;
    pid_t pid;
    sem_t *full;
    sem_t *empty;
    //sem_t *mutex;

    n = 5;
    fd = open("/home/spiderhunt2011/lab/buffer", O_RDWR);
    //mutex = sem_open("mutex", O_CREAT, 0644, 1);
    full = sem_open("full", O_CREAT, 0644, 0);
    empty = sem_open("empty", O_CREAT, 0644, 10);

    if ((pid = fork()) == 0) {
        /* 生产者 */
        for (i = 0; i < 100; ++i) {
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            //sem_wait(mutex);
            sem_wait(empty);
            cfo = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
            lseek(fd, 0, SEEK_END);
            write(fd, &i, sizeof(int));
            lseek(fd, cfo, SEEK_SET);
            //printf("process: 生产者%d\twrite: %d\n", i, i);
            sem_post(full);
            //sem_post(mutex);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        }
    }
    else {
        /* 消费者 */
        for (i = 0; i < n; ++i) {
            if (fork() == 0) {
                while (1) {
                    pthread_mutex_lock(&mutex);
                    //sem_wait(mutex);
                    sem_wait(full);
                    read(fd, &buf, sizeof(int));
                    printf("process: 消费者%d\tread: %d\n", i, buf);
                    fflush(stdout);
                    sem_post(empty);
                    //sem_post(mutex);
                    pthread_mutex_unlock(&mutex);
                }
                break;
            }
        }
    }
    printf("主程序结束\n");
    sem_unlink("empty");
    sem_unlink("full");
}