一、我们在前面讲进程间通信的时候提到过进程互斥的概念，下面写个程序来模拟一下，程序流程如下图：
即父进程打印字符O，子进程打印字符X，每次打印一个字符后要sleep 一下，这里要演示的效果是，在打印程序的边界有PV操作，故每个进程中间sleep 的时间即使时间片轮转到另一进程，由于资源不可用也不会穿插输出其他字符，也就是说O或者X字符都会是成对出现的，如OOXXOOOOXXXXXXOO....
程序如下：
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#include<sys/types.h>
#include<unistd.h> #include<errno.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/sem.h> #include<sys/wait.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) union semun { int val; /* Value for SETVAL */ struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */ unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */ struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO (Linux-specific) */ }; int semid; /* pv操作之间的临界区，导致打印的字符一定是成对出现的 */ void print(char op_char) { int pause_time; srand(getpid()); int i; for (i = 0; i < 10; i++) { sem_p(semid); printf("%c", op_char); fflush(stdout); pause_time = rand() % 3; sleep(pause_time); printf("%c", op_char); fflush(stdout); sem_v(semid); pause_time = rand() % 2; sleep(pause_time); } } int main(void) { semid = sem_create(IPC_PRIVATE); sem_setval(semid, 1); pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork"); if (pid > 0) { print('o'); wait(NULL); sem_d(semid); } else { print('x'); } return 0; } |
sem_create 等函数参考工具集。在调用semget 时指定key = IPC_PRIVATE，表示创建的是私有的信号量集，但具有亲缘关系的进程是可见的，比如父子进程。输出如下：
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ./print
ooxxooxxooxxooxxooooooxxooxxooxxooxxxxxx
可以看到输出都是成对出现的字符。
分析一下：semval = 1，假设父进程先被调度执行，父进程先P了一下，此时 semval = 0，子进程在父进程睡眠时间被调度的时候尝试P，semval = -1，然后子进程阻塞了，父进程打印完V了一下，semval = 0，唤醒子进程，子进程的P操作返回，打印字符睡眠后V了一下，semval = 1。当然在子进程睡眠的时候父进程可能也在尝试P，故就一直循环往复下去。
二、哲学家就餐问题的描述可以参考这里，下面我们尝试解决这个问题的方法是：仅当一个哲学家两边筷子都可用时才允许他拿筷子。
上图中红色数字表示哲学家的编号，总共5个哲学家，用5个进程来表示；黑色数字表示筷子的编号，总共有5根筷子，可以定义一个信号量集中含有5个信号量，每个信号量的初始值为1，当某个哲学家可以同时得到两根筷子（同时P两个信号量返回）时可以用餐，否则阻塞等待中。用餐后需要同时V一下两个信号量，让其他进程可以P成功。
程序如下：
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#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/msg.h> #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<sys/ipc.h> #include<sys/sem.h> #include<sys/wait.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) union semun { int val; /* Value for SETVAL */ struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */ unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */ struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO (Linux-specific) */ }; int semid; #define DELAY (rand() % 5 + 1) void wait_for_2fork(int no) { int left = no; int right = (no + 1) % 5; struct sembuf buf[2] = { {left, -1, 0}, {right, -1, 0} }; semop(semid, buf, 2); } void free_2fork(int no) { int left = no; int right = (no + 1) % 5; struct sembuf buf[2] = { {left, 1, 0}, {right, 1, 0} }; semop(semid, buf, 2); } void philosopere(int no) { srand(getpid()); for (; ;) { printf("%d is thinking ", no); sleep(DELAY); printf("%d is hungry ", no); wait_for_2fork(no); printf("%d is eating ", no); sleep(DELAY); free_2fork(no); } } int main(void) { semid = semget(IPC_PRIVATE, 5, IPC_CREAT | 0666); if (semid == -1) ERR_EXIT("semget"); union semun su; su.val = 1; int i; for (i = 0; i < 5; i++) { semctl(semid, i, SETVAL, su); } int no = 0; pid_t pid; for (i = 1; i < 5; i++) { pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork"); if (pid == 0) { no = i; break; } } philosopere(no); return 0; } |
我们在前面说过，当需要对一个信号量集中的多个信号量操作时，要么全部执行，要么全部不执行，即是一个原子操作，某个进程需要等待两根筷子，即对两个信号量同时P成功才可以用餐，信号量的序号是0～4，可看作筷子的编号，此时semop 函数操作的是2个信号量，即需定义2个struct sembuf 结构体成员的数组 struct sembuf buf[2];
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/system_v$ ./dinning
0 is thinking
3 is thinking
2 is thinking
4 is thinking
1 is thinking
4 is hungry
4 is eating
0 is hungry
3 is hungry
1 is hungry
1 is eating
2 is hungry
3 is eating
4 is thinking
1 is thinking
0 is eating
4 is hungry
0 is thinking
1 is hungry
1 is eating
3 is thinking
4 is eating
0 is hungry
1 is thinking
2 is eating
0 is eating
4 is thinking
2 is thinking
1 is hungry
3 is hungry
3 is eating
0 is thinking
2 is hungry
1 is eating
4 is hungry
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如果发现程序没有运行卡着，即没有发生死锁现象，从中也可以发现同时最多只能有两个哲学家一起用餐，也不会出现相邻哲学家一起用餐的情况。
参考：
《UNP》