/*
抽烟者问题。假设一个系统中有三个抽烟者进程,每个抽烟者不断地卷烟并抽烟。
抽烟者卷起并抽掉一颗烟需要有三种材料:烟草、纸和胶水。一个抽烟者有烟草,
一个有纸,另一个有胶水。系统中还有两个供应者进程,它们无限地供应所有三种
材料,但每次仅轮流提供三种材料中的两种。得到缺失的两种材料的抽烟者在卷起
并抽掉一颗烟后会发信号通知供应者,让它继续提供另外的两种材料。这一过程重复进行。 请用以上介绍的 IPC 同步机制编程,实现该问题要求的功能。
*/
ipc.h
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define BUFSZ 256
//建立或获取 ipc 的一组函数的原型说明
int get_ipc_id(char *proc_file,key_t key);//获得进程通信 文件 共享内存关键字
char *set_shm(key_t shm_key,int shm_num,int shm_flag);//flag权限位
int set_msq(key_t msq_key,int msq_flag);
int set_sem(key_t sem_key,int sem_val,int sem_flag);//设置信号灯
int down(int sem_id);
int up(int sem_id);
//信号灯控制用的共同体
typedef union semuns {
int val;
} Sem_uns;
//消息结构体
typedef struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[1];
} Msg_buf;
//生产消费者共享缓冲区即其有关的变量
key_t buff_key;
int buff_num;
char *buff_ptr;
//生产者放产品位置的共享指针
key_t pput_key;
int pput_num;
int *pput_ptr;
//消费者取产品位置的共享指针
key_t cget_key;
int cget_num;
int *cget_ptr;
//生产者有关的信号量
key_t prod_key;
key_t pmtx_key;
int prod_sem;
int pmtx_sem;
//消费者有关的信号量
key_t c_PG_key;
key_t c_TP_key;
key_t c_TG_key;
key_t cmtx_key;
int c_PG_sem;
int c_TP_sem;
int c_TG_sem;
int cmtx_sem;
int sem_val;
int sem_flg;
int shm_flg;
ipc.c
#include "ipc.h"
int get_ipc_id(char *proc_file,key_t key)//获取IPC 的id 号
{
FILE *pf;
int i,j;
char line[BUFSZ],colum[BUFSZ];
if((pf = fopen(proc_file,"r")) == NULL){
perror("Proc file not open");
exit(EXIT_FAILURE);
}
fgets(line, BUFSZ,pf);
while(!feof(pf)){
i = j = 0;
fgets(line, BUFSZ,pf);
while(line[i] == ' ') i++;
while(line[i] !=' ') colum[j++] = line[i++];
colum[j] = '\0';
if(atoi(colum) != key) continue;
j=0;
while(line[i] == ' ') i++;
while(line[i] !=' ') colum[j++] = line[i++];
colum[j] = '\0';
i = atoi(colum);
fclose(pf);
return i;
}
fclose(pf);
return -1;
}
/*
* 信号灯上的down/up 操作
* semid:信号灯数组标识符
* semnum:信号灯数组下标
* buf:操作信号灯的结构*/
int down(int sem_id)
{
struct sembuf buf;
buf.sem_op = -1;
buf.sem_num = 0;
buf.sem_flg = SEM_UNDO;
if((semop(sem_id,&buf,1)) <0) {
perror("down error ");
exit(EXIT_FAILURE);
}
return EXIT_SUCCESS;
}
int up(int sem_id)
{
struct sembuf buf;
buf.sem_op = 1;
buf.sem_num = 0;
buf.sem_flg = SEM_UNDO;
if((semop(sem_id,&buf,1)) <0) {
perror("up error ");
exit(EXIT_FAILURE);
}
return EXIT_SUCCESS;
}
/*
* set_sem 函数建立一个具有n 个信号灯的信号量
* 如果建立成功，返回一个信号灯数组的标识符sem_id
* 输入参数：
* sem_key 信号灯数组的键值
* sem_val 信号灯数组中信号灯的个数
* sem_flag 信号等数组的存取权限
*/
int set_sem(key_t sem_key,int sem_val,int sem_flg)
{
int sem_id;
Sem_uns sem_arg;
//测试由 sem_key 标识的信号灯数组是否已经建立
if((sem_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/sem",sem_key)) < 0 )
{
//semget 新建一个信号灯,其标号返回到 sem_id
if((sem_id = semget(sem_key,1,sem_flg)) < 0)
{
perror("semaphore create error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//设置信号灯的初值
sem_arg.val = sem_val;
if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_arg) <0)
{
perror("semaphore set error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
return sem_id;
}
char * set_shm(key_t shm_key,int shm_num,int shm_flg)
{
int i,shm_id;
char * shm_buf;
//测试由 shm_key 标识的共享内存区是否已经建立
if((shm_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/shm",shm_key)) < 0 )
{
//shmget 新建 一个长度为 shm_num 字节的共享内存,其标号返回到 shm_id
if((shm_id = shmget(shm_key,shm_num,shm_flg)) <0)
{
perror("shareMemory set error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
//shmat 将由 shm_id 标识的共享内存附加给指针 shm_buf
if((shm_buf = (char *)shmat(shm_id,0,0)) < (char *)0)
{
perror("get shareMemory error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(i=0; i
consumer.c
#include "ipc.h"
int main(int argc,char *argv[])
{
int rate;
//可在在命令行第一参数指定一个进程睡眠秒数,以调解进程执行速度
if(argv[1] != NULL) rate = atoi(argv[1]);
else rate = 3; //不指定为 3 秒
//共享内存 使用的变量
buff_key = 101; //缓冲区任给的键值
buff_num = 3; //缓冲区任给的长度
cget_key = 103; //消费者取产品指针的键值
cget_num = 1; //指针数
shm_flg = IPC_CREAT | 0644; //共享内存读写权限
//获取缓冲区使用的共享内存,buff_ptr 指向缓冲区首地址
buff_ptr = (char *)set_shm(buff_key,buff_num,shm_flg);
//获取消费者取产品指针,cget_ptr 指向索引地址
cget_ptr = (int *)set_shm(cget_key,cget_num,shm_flg);
//信号量使用的变量
prod_key = 201; //生产者同步信号灯键值
cmtx_key = 203; //生产者互斥信号灯键值
c_PG_key = 301;//消费者同步信号灯键值
c_TP_key = 302;//消费者互斥信号灯键值
c_TG_key = 303;//消费者互斥信号灯键值
sem_flg = IPC_CREAT | 0644; //信号灯操作权限
//生产者同步信号灯初值设为缓冲区最大可用量
sem_val = 1;
//获取生产者同步信号灯,引用标识存 prod_sem
prod_sem = set_sem(prod_key,sem_val,sem_flg);
//消费者初始无产品可取,同步信号灯初值设为 0
sem_val = 0;
//获取消费者同步信号灯,引用标识存 cons_sem
c_PG_sem = set_sem(c_PG_key,sem_val,sem_flg);
c_TP_sem = set_sem(c_TP_key,sem_val,sem_flg);
c_TG_sem = set_sem(c_TG_key,sem_val,sem_flg);
//消费者互斥信号灯初值为 1
sem_val = 1;
//获取消费者互斥信号灯,引用标识存 cmtx_sem
cmtx_sem = set_sem(cmtx_key,sem_val,sem_flg);
int pid1, pid2;
pid1 = fork();
if(pid1 == 0) {
//循环执行模拟消费者不断取产品
while(1){
//如果无产品消费者阻塞
down(c_PG_sem);
//如果另一消费者正在取产品,本消费者阻塞
down(cmtx_sem);
//用读一字符的形式模拟消费者取产品,报告本进程号和获取的字符及读取的位置
sleep(rate);
printf("%d吸烟者有烟草T,得到纸%c和胶水%c,开始吸烟……\n",
getpid(),buff_ptr[*cget_ptr + 1],buff_ptr[*cget_ptr + 2]);
//唤醒阻塞的消费者
up(cmtx_sem);
//唤醒阻塞的生产者
up(prod_sem);
}
} else {
pid2 = fork();
if(pid2 == 0) {
//循环执行模拟消费者不断取产品
while(1){
//如果无产品消费者阻塞
down(c_TP_sem);
//如果另一消费者正在取产品,本消费者阻塞
down(cmtx_sem);
//用读一字符的形式模拟消费者取产品,报告本进程号和获取的字符及读取的位置
sleep(rate);
printf("%d吸烟者有胶水G,得到纸%c和烟草%c,开始吸烟……\n",
getpid(),buff_ptr[*cget_ptr + 1],buff_ptr[*cget_ptr]);
//唤醒阻塞的消费者
up(cmtx_sem);
//唤醒阻塞的生产者
up(prod_sem);
}
} else {
//循环执行模拟消费者不断取产品
while(1){
//如果无产品消费者阻塞
down(c_TG_sem);
//如果另一消费者正在取产品,本消费者阻塞
down(cmtx_sem);
//用读一字符的形式模拟消费者取产品,报告本进程号和获取的字符及读取的位置
sleep(rate);
printf("%d吸烟者有纸P,得到胶水%c和烟草%c,开始吸烟……\n",
getpid(),buff_ptr[*cget_ptr + 2],buff_ptr[*cget_ptr]);
//唤醒阻塞的消费者
up(cmtx_sem);
//唤醒阻塞的生产者
up(prod_sem);
}
}
}
return EXIT_SUCCESS;
}
producer.c
#include "ipc.h"
int main(int argc,char *argv[])
{
int rate;
//可在在命令行第一参数指定一个进程睡眠秒数,以调解进程执行速度
if(argv[1] != NULL) rate = atoi(argv[1]);
else rate = 3; //不指定为 3 秒
//共享内存使用的变量
buff_key = 101;//缓冲区任给的键值
buff_num = 3;//缓冲区任给的长度
pput_key = 102;//生产者放产品指针的键值
pput_num = 1; //指针数
shm_flg = IPC_CREAT | 0644;//共享内存读写权限
//获取缓冲区使用的共享内存,buff_ptr 指向缓冲区首地址
buff_ptr = (char *)set_shm(buff_key,buff_num,shm_flg);
//获取生产者放产品位置指针 pput_ptr
pput_ptr = (int *)set_shm(pput_key,pput_num,shm_flg);
//信号量使用的变量
prod_key = 201;//生产者同步信号灯键值
pmtx_key = 202;//生产者互斥信号灯键值
c_PG_key = 301;//消费者同步信号灯键值
c_TP_key = 302;//消费者互斥信号灯键值
c_TG_key = 303;//消费者互斥信号灯键值
sem_flg = IPC_CREAT | 0644;
//生产者同步信号灯初值设为缓冲区最大可用量
sem_val = 1;
//获取生产者同步信号灯,引用标识存 prod_sem
prod_sem = set_sem(prod_key,sem_val,sem_flg);
//消费者初始无产品可取,同步信号灯初值设为 0
sem_val = 0;
//获取消费者同步信号灯,引用标识存 cons_sem
c_PG_sem = set_sem(c_PG_key,sem_val,sem_flg);
c_TP_sem = set_sem(c_TP_key,sem_val,sem_flg);
c_TG_sem = set_sem(c_TG_key,sem_val,sem_flg);
//生产者互斥信号灯初值为 1
sem_val = 1;
//获取生产者互斥信号灯,引用标识存 pmtx_sem
pmtx_sem = set_sem(pmtx_key,sem_val,sem_flg);
//循环执行模拟生产者不断放产品
int pid;
int i;
pid = fork();
if(pid == 0) {
while(1){
int r = rand() % 3;
if(r == 0) {
down(prod_sem);
//如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞
down(pmtx_sem);
//用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置
buff_ptr[*pput_ptr + 1] = 'P';//p纸 G 胶水 T烟草
buff_ptr[*pput_ptr + 2] = 'G';
sleep(rate);
printf("%d供应商提供：纸%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr + 1] ,buff_ptr[*pput_ptr + 2]);
//唤醒阻塞的生产者
up(pmtx_sem);
//唤醒阻塞的消费者
up(c_PG_sem);
} else if(r == 1) {
down(prod_sem);
//如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞
down(pmtx_sem);
//用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置
buff_ptr[*pput_ptr] = 'T';
buff_ptr[*pput_ptr + 2] = 'G';
sleep(rate);
printf("%d供应商提供：烟草%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr] ,buff_ptr[*pput_ptr + 2]);
//唤醒阻塞的生产者
up(pmtx_sem);
//唤醒阻塞的消费者
up(c_TG_sem);
} else if(r == 2) {
down(prod_sem);
//如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞
down(pmtx_sem);
//用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置
buff_ptr[*pput_ptr + 1] = 'P';
buff_ptr[*pput_ptr] = 'T';
sleep(rate);
printf("%d供应商提供：烟草%c,纸%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr] ,buff_ptr[*pput_ptr + 1]);
//唤醒阻塞的生产者
up(pmtx_sem);
//唤醒阻塞的消费者
up(c_TP_sem);
}
}
} else {
while(1){
int r = rand() % 3;
if(r == 0) {
down(prod_sem);
//如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞
down(pmtx_sem);
//用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置
buff_ptr[*pput_ptr + 1] = 'P';
buff_ptr[*pput_ptr + 2] = 'G';
sleep(rate);
printf("%d供应商提供：纸%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr + 1] ,buff_ptr[*pput_ptr + 2]);
//唤醒阻塞的生产者
up(pmtx_sem);
//唤醒阻塞的消费者
up(c_PG_sem);
} else if(r == 1) {
down(prod_sem);
//如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞
down(pmtx_sem);
//用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置
buff_ptr[*pput_ptr] = 'T';
buff_ptr[*pput_ptr + 2] = 'G';
sleep(rate);
printf("%d供应商提供：烟草%c,胶水%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr] ,buff_ptr[*pput_ptr + 2]);
//唤醒阻塞的生产者
up(pmtx_sem);
//唤醒阻塞的消费者
up(c_TG_sem);
} else if(r == 2) {
down(prod_sem);
//如果另一生产者正在放产品,本生产者阻塞
down(pmtx_sem);
//用写一字符的形式模拟生产者放产品,报告本进程号和放入的字符及存放的位置
buff_ptr[*pput_ptr + 1] = 'P';
buff_ptr[*pput_ptr] = 'T';
sleep(rate);
printf("%d供应商提供：烟草%c,纸%c\n",getpid(),buff_ptr[*pput_ptr] ,buff_ptr[*pput_ptr + 1]);
//唤醒阻塞的生产者
up(pmtx_sem);
//唤醒阻塞的消费者
up(c_TP_sem);
}
}
}
return EXIT_SUCCESS;
}
makefile
hdrs = ipc.h
opts = -g -c
c_src = consumer.c ipc.c
c_obj = consumer.o ipc.o
p_src = producer.c ipc.c
p_obj = producer.o ipc.o
all: producer consumer
consumer:$(c_obj)
gcc $(c_obj) -o consumer
consumer.o:$(c_src) $(hdrs)
gcc $(opts) $(c_src)
producer: $(p_obj)
gcc $(p_obj) -o producer
producer.o: $(p_src) $(hdrs)
gcc $(opts) $(p_src)
clean:
rm consumer producer *.o
