對程序的理解和POSIX 訊號量的使用

2021-09-01 20:32:20 字數 3576 閱讀 2939

用a表示發往北京的貨物,用b表示發往上海的貨物,分別使用兩個訊號量來代表兩類貨物的數量。

posix訊號量的pv操作為原子操作(atomic operation),不會因cpu的排程而被打斷。用兩個程序分別模擬送貨員,不斷運出貨物,即不斷進行p操作,當貨物數量為0,即訊號量值為0時等待。用乙個程序模擬收貨員,不斷放入貨物,即不斷對兩個訊號量進行p操作。

但是實際生產中庫存都是有限的,因此我們設兩種貨物的最大庫存為20,當達到最大庫存時,不再進行生產。初始庫存為10。

在經典的生產者-消費者問題中,我們可以看到如下偽**:

// 生產者

while(1

)// 消費者

while(1

)

其中full和empty都是訊號量,pv操作為對訊號量的值進行減加。full表示可用貨物,empty表示可用的空餘空間,二者之和為倉庫容量。如果在本問題中,即有乙個收貨員放入兩種貨物到兩個不同區域,如果還使用這種方式,就會造成當一種貨物空餘空間不足時,就會導致程式阻塞,即另一種貨物也無法放入它的倉庫。

因此,收貨員使用以下形式的偽**:

while(1

)if(full2 < buffer_size2)

}

使用posix訊號量時,p和v都是原子操作,因此p(empty)是不可被打斷的,保證了empty的值時最新的。如果我們使用 if(full < buffer_size) ,獲取full值之後可能被會切換到其他程序,導致做比較時full值不是最新的,可能已經是其他程序修改過的。

但是這種情況在這個問題中沒有影響,因為v(full)是原子操作,不會造成full的值混亂。雖然可能會出現以下情況:獲取到的full值為20,buffer_size為20,但是在比較時,full1的實際值已經變成了19,所以本來應該要執行v(full)的,但不會執行。這造成了邏輯上的瑕疵,但對整體執行是沒有影響的,因為不會造成倉庫溢位。如果想解決這裡的問題,我們可以對比較語句加上臨界區保護,即在比較完成前,不允許其他程序對訊號量進行修改。

因為只有乙個收貨員,我們假設優先處理貨物a,貨物a和貨物b每次放入倉庫需要0.6s,送貨員每次拿出需要0.5s。

程式寫好後,實驗時有多種方式,比如再寫個程式,在其中通過fork啟動各個編譯好的程式,或者是寫乙個shell指令碼,每個程式後台執行,將各自的輸出重定向到文字檔案。我實驗時為了方便,選擇了直接開3個shell,在其中分別啟動3個程式。

首先啟動收貨員程式producer.out,如下圖,在達到最大庫存時,兩種貨物都停止了放入。

之後先啟動第乙個送貨員程式consumer1 .out,此時producer.out程式的輸出如下圖,可以發現只有a在變化。

最後啟動第二個送貨員程式consumer2.out,此時貨物b的數量也發生了變化。

等待一段時間後,可以發現a和b數量都變成了0,因為設定的收貨速度大於送貨速度。

/* 使用ctrl-c終止程序後,訊號量雖然很close,但不會unlink,

也就訊號量的值依然儲存在核心中,因此寫了個程式來重置訊號量的值。

*/#include

#include

#include

#include

#define sem_a "goods_a"

#define sem_b "goods_b"

intmain()

感慨一下,自從寫好了乙個makefile之後,每次用到makefile時在之前基礎上稍微改改就行了。

# makefile

## date: october 16, 2018

# author: yan he

cc = gcc # the compiler

# inc_src = $(wildcard ./lib/*.c ./include/src/*.c) # get all "*.c" file in lib and include

# includes = -i ./include -i . #the path to find included file

libs = -l ./lib # the path to find library file

ccflags = -lpthread -g -wall -o0 #the needed flag. if the vesion is release, '-g' need to be removed.

all:$(targets)

$(targets):%.out:%.c

@ echo cxx/ld -o $@ $<

@ $(cc) $^ $(ccflags) -o $@

clean:

rm -rf *.out *.o $(targets)

.phony:clean

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