信号量实现生产者消费者模型

本实验的代码中采用的有界缓冲区拥有3个单元，每个单元为5字节。为了尽量体现每个信号量的意义，在程序中生产过程和消费过程是随机（采取0～5s的随机时间间隔）进行的，

而且生产者的速度比比消费者的速度平均快两倍左右（这种关系可以相反）。生产者一次生产一个单元的产品（放入“hello”字符串），消费者一次消费一个单元的产品。

 /*本实验的代码中采用的有界缓冲区拥有3个单元，每个单元为5字节。
*为了尽量体现每个信号量的意义，在程序中生产过程和消费过程是随机（采取0～5s的随机时间间隔）进行的，
*而且生产者的速度比比消费者的速度平均快两倍左右（这种关系可以相反）。
*生产者一次生产一个单元的产品（放入“hello”字符串），消费者一次消费一个单元的产品。
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/ipc.h>
#define MYFIFO    "./myfifo"
#define BUFFER_SIZE    3
#define UNIT_SIZE    6
#define RUN_TIME    30
#define DELAY_TIME_LEVELS    5.0

int fd;    //管道描述符
time_t end_time;    //存放线程的起始时间
sem_t mutex,full,avail;    //信号量描述符

//生产者线程
void *producer(void *arg)
{
    int real_write;        //实际写入字节数
    int delay_time=0;

    //time(MULL)返回从公元1970年1月1日的UC时间0时0分0秒算起
    //到现在所经过的描述，while()的意思就是说如果在执行生产者线程
    //的那一刻没有超过其结束时间，那么执行
    while(time(NULL)<end_time){
        //阐述0~5s的随机数
        delay_time=(int)(rand()*DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)/2.0)+1;
        sleep(delay_time);
        //P操作信号量avail和mutex
        sem_wait(&avail);
        sem_wait(&mutex);
        printf("
Producer: delay=%d
", delay_time);
        //生产者写入数据
        if((real_write=write(fd,"hello",UNIT_SIZE))==-1){
            //这个errno==EAGAIN表示的是你的write本来是非阻塞情况
            //表示现在没有数据可读，这个时候会置全局变量errno为
            //EAGINA，表示可以再次进行读操作；如果是阻塞情况，
            //那么被中断的话，errno=EINIR
            if(errno==EAGAIN){
                printf("The FIFO has not been read yet. Please try later
");
            }
        }
        else{
            printf("wirte %d to the FIFO
", real_write);
        }

        //V操作信号量full和mutex
        sem_post(&full);
        sem_post(&mutex);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

//消费者线程
void *customer(void *arg)
{
//    unsigned int read_buffer[UNIT_SIZE];
    char read_buffer[UNIT_SIZE];
    int real_read;
    int delay_time;

    //time(MULL)返回从公元1970年1月1日的UC时间0时0分0秒算起
    //到现在所经过的描述，while()的意思就是说如果在执行生产者线程
    //的那一刻没有超过其结束时间，那么执行
    while(time(NULL)<end_time){
        //阐述0~5s的随机数
        delay_time=(int)(rand()*DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)/2.0)+1;
        sleep(delay_time);
        //P操作信号量full和mutex
        sem_wait(&full);
        sem_wait(&mutex);
        memset(read_buffer,0,UNIT_SIZE);    //用0来初始化
        printf("
Customer: delay=%d
", delay_time);
        //消费者消费数据
        if((real_read=read(fd,read_buffer,UNIT_SIZE))==-1){
            //这个errno==EAGAIN表示的是你的write本来是非阻塞情况
            //表示现在没有数据可读，这个时候会置全局变量errno为
            //EAGINA，表示可以再次进行读操作；如果是阻塞情况，
            //那么被中断的话，errno=EINIR
            if(errno==EAGAIN){
                printf("No data yet
");
            }
        }
        else{
            printf("read %s from the FIFO
", read_buffer);
        }

        //V操作信号量avail和mutex
        sem_post(&avail);
        sem_post(&mutex);
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_t thrd_pro_id, thrd_cus_id;
    pthread_t mon_th_id;
    int ret;

    srand(time(NULL));    //随机数发生器初始化
    end_time=time(NULL)+RUN_TIME;
    //创建有名管道。若文件已存在，则mkfifo()返回errno=EEXIST
    if((mkfifo(MYFIFO, O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST)){
        printf("Cannot create fifo
");
        return errno;
    }
    //打开管道
    fd=open(MYFIFO,O_RDWR,0666);
    if(fd==-1){
        printf("Open fifo failed.
");
        return fd;
    }

    ret=sem_init(&mutex,0,1);
    ret+=sem_init(&avail,0,BUFFER_SIZE);
    ret+=sem_init(&full,0,0);
    if(ret!=0){    //这里ret用的倒也巧妙
        printf("Any semaphore initialization failed
");
        return ret;
    }
    
    //创建两个进程
    ret=pthread_create(&thrd_pro_id, NULL, (void *)producer, NULL);
    if(ret!=0){
        printf("create producer thread failed.
");
        return ret;
    }
    ret=pthread_create(&thrd_cus_id, NULL, (void *)customer, NULL);
    if(ret!=0){
        printf("create customer thread failed.
");
        return ret;
    }
    printf("wait for producer&customer thread
");
    pthread_join(thrd_pro_id,NULL);
    pthread_join(thrd_cus_id,NULL);
//    unlink(MYFIFO);        //所有打开该文件的进程都结束时文件被删除
    return 0;
}

编译运行结果：

然后我们看看myfifo文件，果然是权限有问题

 然后把文件的用户读权限加上去 chmod u+r myfifo ，就有结果啦

但这终究不是办法呀，要是每次我都改一下权限那岂不是很麻烦，所以就只能该程序喽

把113行 if((mkfifo(MYFIFO, O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST)) 改成 if((mkfifo(MYFIFO, O_CREAT|O_EXCL|0666)<0)&&(errno!=EEXIST)) 就可以啦。

我们来看看效果，先删除原来的FIFO文件，重新编译，运行就有结果啦。

我们来看看FIFO文件的权限

好像跟我们设定的0666不太一样诶

然后我们取消146行的注释看看

果然运行完后不见myfifo