用信号量保护共享内存段不起作用

Question

我有一个程序，可以创建1000个子进程。 每个进程都应访问一个int变量，该变量存储在共享内存段中。 为了保护int变量，我创建了一个信号灯：

#define _XOPEN_SOURCE

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

#define KEY 1000
#define LOCK -1
#define UNLOCK 1

int *ptr;
int pid;
int shm_id;
int sem_id;

struct sembuf sema;

int main()
{
    if( ( sem_id = semget( KEY, 1, IPC_CREAT | 0666 ) ) < 0 )
    {
        printf( "semid error\n" );
        exit( EXIT_SUCCESS );
    }
    sema.sem_num = 1;
    sema.sem_op = 0;
    sema.sem_flg = SEM_UNDO;
    if( ( shm_id = shmget( KEY, 1, IPC_CREAT | 0666 ) ) < 0 )
    {
        printf( "ERROR\n" );
        exit( EXIT_SUCCESS );
    }
    ptr = shmat( shm_id, NULL, 0 );
    *ptr = 0;
    for( int i = 0; i < 10; ++i )
    {

        pid = fork();
        if( pid == 0 )
        {
            // critical part
            sema.sem_op = LOCK;
            if( semop( sem_id, &sema, 1 ) < 0 )
            {
                printf( "ERROR\n" );
            }
            ++( *ptr );
            sema.sem_op = UNLOCK;
            if( semop( sem_id, &sema, 1 ) < 0 )
            {
                printf( "ERROR\n" );
            }
            // end of the critical part
            exit( EXIT_SUCCESS );
        }
    }
    int return_stat;
    enum { debug = 1 };
    int corpse;

    while ( ( corpse = waitpid( ( pid_t )-1, &return_stat, 0 ) ) > 0 )
        if ( debug )
            printf( "PID %d died 0x%.4X\n", corpse, return_stat ); 
    //while( waitpid( pid, &return_stat, 0 ) == 0 );
    printf( "value   %d\n", *ptr );
    shmdt( NULL );
    semctl( sem_id, 1, IPC_RMID, 0 );
}

这是示例输出：

PID 7288 died 0x0000
PID 7289 died 0x0000
PID 7290 died 0x0000
PID 7291 died 0x0000
PID 7292 died 0x0000
PID 7293 died 0x0000
PID 7294 died 0x0000
PID 7295 died 0x0000
PID 7296 died 0x0000
PID 7297 died 0x0000
value   9

PID 7276 died 0x0000
PID 7277 died 0x0000
PID 7278 died 0x0000
PID 7279 died 0x0000
PID 7280 died 0x0000
PID 7281 died 0x0000
PID 7282 died 0x0000
PID 7283 died 0x0000
PID 7284 died 0x0000
PID 7285 died 0x0000
value   10

每次输出应为1000，但输出会有所不同。 我不知道为什么这段代码无法正常工作。 有人可以帮我解决我的问题吗？ 谢谢

Answer 1

您的进程清理循环是错误的：

while( waitpid( pid, &return_stat, 0 ) == 0 );

由于waitpid()返回其正在报告的PID，所以这不是您想要的循环-它仅等待一个PID死亡。 这可能是您需要的：

enum { debug = 1 };
int corpse;

while ((corpse = waitpid((pid_t)-1. &return_stat, 0)) > 0)
{
    if (debug)
        printf("PID %d died 0x%.4X\n", corpse, return_stat);
}

如果您满意它可以正常工作，则可以将其设置为debug = 0 。

---

查看示例输出

您的其他问题在子代码中：

    if( pid == 0 )
    {
        // critical part
        sema.sem_op = LOCK;
        if( semop( sem_id, &sema, 1 ) < 0 )
        ++( *ptr );
        sema.sem_op = UNLOCK;
        if( semop( sem_id, &sema, 1 ) < 0 )
        // end of the critical part
        exit( EXIT_SUCCESS );
    }

仅在第一个semop()失败时才增加指针； 仅在第二个semop()失败时才（成功）退出。

您必须无条件退出。 您应该只做增量，如果第一个semop()成功，你应该只做第二个semop()如果第一个成功。 您可能希望在if语句后输入一些错误报告代码。

---

另一个版本

我看到的剩余问题是您将LOCK和UNLOCK值取反了。

#define _XOPEN_SOURCE

#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

#define KEY    1000
#define LOCK   +1
#define UNLOCK -1

static const char *arg0 = 0;
static void err_setarg0(char *argv0)
{
    arg0 = argv0;
}

static void err_syserr(const char *msg)
{
    int errnum = errno;
    fprintf(stderr, "%s: %s", arg0, msg);
    if (errnum != 0)
        fprintf(stderr, " (%d: %s)", errnum, strerror(errnum));
    fputc('\n', stderr);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int *ptr;
    int pid;
    int shm_id;
    int sem_id;
    struct sembuf sema;

    err_setarg0(argv[argc-argc]);

    if ((sem_id = semget(KEY, 1, IPC_CREAT | 0666)) < 0)
        err_syserr("semget()");
    sema.sem_num = 0;
    sema.sem_op = 0;
    sema.sem_flg = SEM_UNDO;
    if ((shm_id = shmget(KEY, 1, IPC_CREAT | 0666)) < 0)
        err_syserr("shmget()");
    ptr = shmat(shm_id, NULL, 0);
    if (ptr == (int *)-1)
        err_syserr("shmat()");
    *ptr = 0;

    printf("Looping\n");
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        pid = fork();
        if (pid < 0)
            err_syserr("fork()");
        else if (pid == 0)
        {
            // critical part
            sema.sem_op = LOCK;
            if (semop(sem_id, &sema, 1) < 0)
                err_syserr("semop() lock");
            ++(*ptr);
            sema.sem_op = UNLOCK;
            if (semop(sem_id, &sema, 1) < 0)
                err_syserr("semop() unlock");
            // end of the critical part
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
    }
    printf("Looped\n");

    int return_stat;
    enum { debug = 1 };
    int corpse;

    while ((corpse = waitpid((pid_t)-1, &return_stat, 0)) > 0)
    {
        if (debug)
            printf("PID %d died 0x%.4X\n", corpse, return_stat);
    }
    printf("value   %d\n", *ptr);
    if (shmdt(ptr) == -1)
        err_syserr("shmdt()");
    if (semctl(sem_id, 1, IPC_RMID, 0) == -1)
        err_syserr("semctl()");
    if (shmctl(shm_id, IPC_RMID, 0) == -1)
        err_syserr("shmctl()");
    return 0;
}

示例运行：

$ ./semop
Looping
Looped
PID 17976 died 0x0000
PID 17977 died 0x0000
PID 17978 died 0x0000
PID 17979 died 0x0000
PID 17980 died 0x0000
PID 17981 died 0x0000
PID 17982 died 0x0000
PID 17983 died 0x0000
PID 17984 died 0x0000
PID 17985 died 0x0000
value   10
$

请注意，使用err_syserr()可以简化错误报告。 与err_setarg0() ，它是我日常使用的较大错误报告功能包的一部分。 实际上，我的普通版本是类似printf的函数，具有格式字符串和可变参数列表，但是此简单版本足以满足该程序的要求，并且更为简单。

Answer 2

我尝试了您的代码（解决了所有子级的加入之后），所有子级在semop -1上永远等待。 这是因为创建的信号量的初始值设置为0，但为了使一个孩子能够运行，它必须为1。

从Linux semget联机帮助页：

   The values of the semaphores in a newly created set are indeterminate.  (POSIX.1-2001  is  explicit  on  this  point.)   Although
   Linux,  like  many  other  implementations, initializes the semaphore values to 0, a portable application cannot rely on this: it
   should explicitly initialize the semaphores to the desired values.

为了初始化您可以使用：

if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, 1) == -1)
{
    perror("semctl");
    exit(0);
}   

如果初始值为0，也可以使用semop +1来实现。

请注意，您可以避免与其他程序交互或使用IPC_PRIVATE作为sem / shm键进行先前运行。