概述
在本文章中，我们将继续使用信号量机制来进行多线程中的生产者消费者问题。 核心思想与线程间的通讯完全一样，但是进程间是没有办法访问同一个程序下的资源的，我们需要对地址进行操作，因此我们可以得到本文较上一篇文章多了如下部分: 进程的创建，共享内存的申请，如何在内存中申请可供不同进程访问的信号量。
修改原有信号量机制
值得高兴的是修改原有信号量机制时，无需修改头文件库，下文中用到的sem_t，以及即将用到的sem_open均在semaphore.h库下。
将原有的信号量变量转化为信号量指针:
从:
sem_t mutex, full, empty
转化为:
sem_t* mutex;
sem_t* full;
sem_t* empty;
使用sem_open创建并初始化信号量，参考格式:
sem_t * sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
name: 信号量名称必须以 / 开头，且后面不能出现任何其余 /。
oflag: 操作标志，提供参数:O_CREAT与 O_CREAT | O_EXCL (在fcntl.h库下),前者代表没有就进行创建，后者代表若已经存在，则退出程序，并报错，确保在系统中只有一个独特的信号量。O_EXIT
mode: 权限掩码，提供一个4位int类型数字，例如0600;
第一位:特殊权限， 0 代表无特殊权限;
第二位:文件所有者;
第三位:同组用户;
第四位:其它用户;
核心权限: 1 执行权限，2 写权限， 4 读权限。
value: 初始值的大小;
进行初始化
'''cpp mutex = sem_open(“/sem_mutex”, O_CREAT, 0600, 1); full = sem_open(“/sem_full”, O_CREAT, 0600, 0); empty = sem_open(“/sem_empty”, O_CREAT, 0600, N); '''
申请公共内存
具体操作:
- 申请标识符,通过调用
sys/mman.h库下的shm_open进行初始化。
参考格式:int name = shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode),
name: 共享内存在本地目录下存储的名称，必须以 / 开头，且不能有任何其余 /。
oflag: 打开方式，O_CREAT:不存在则创建;O_RDWR:可读写;O_RDONLY:只读;O_EXCL:与O_CREAT同时使用时，如果检测到同名地址空间，则退出程序。
mode: 权限掩码。 - 分配地址空间,通过调用
unistd.h库下的ftruncate进行空间的申请。
参考格式:fturncate(int fd, off_t length),
fd: 打开的文件描述符。
length: 待申请的内存地址空间。 - 内存地址的映射,通过调用
sys/mman.h库下的mmap等函数来进行映射操作。 参考格式:void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);**addr**： 设定起始内存地址，通常设置为NULL，让内核自动分配。 **length**: 映射地址长度。 **prot**: 映射区域的权限，在sys/mman.h库下提供四种权限: **PROT_NONE**不可访问; **PROT_READ**可读; **PROT_WRITE**可写; **PORT_EXEC**可执行。 **flags**: 控制映射类型，在sys/mman.h`库下提供三种类型: MAP_SHARED:所有映射该文件的进程共享内存空间; MAP_PRIVATE:私有映射，是MAP_SHARED的逆操作;MAP_ANONYMOUS:匿名共享，用于为进程间共享的大块堆内存。
fd: 文件描述符。
offset: 文件偏移量，通常设置为0。
参考代码：
#include <sys/mman.h>#include <unistd.h>
int main(){ int fd = shm_open("/shm_data", O_CREAT | O_RDWR, 0600); ftruncate(fd, sizeof(ShareData)); ShareData* data = (ShareData*)mmap(NULL, sieof(ShareData), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); data -> item = 0; // 并对映射的内存空间中的元素进行初始化}创建进程
使用unistd.h库下的fork()函数创建进程, 并利用PID来判断进程执行的代码段:
pid_t pid_productor = fork(); if(pid_productor == 0){ // 生产者对应的代码段 exit(0); }else{ pid_t pid_consumor = fork(); if(pid_consumor == 0){ // 消费者对应的代码段 exit(0) }else{ // 回收进程资源 } }系统资源的回收
在父进程结束后，两个子进程并不会跟随结束，而是会继续进行，持续运行会造成系统资源的浪费，同时再次执行时，会导致原有公有内存和信号量的报错，因此我们需要进行系统资源的回收。
- 进程的回收:
/* 在本文中我们创建了两个进程，因此需要等待两个进程的结束 */ wait(NULL); wait(NULL);- 申请空间的回收:
使用semaphore.h库下的sem_unlink()函数回收申请的信号量。
sem_unlink("/sem_mutex"); sem_unlink("/sem_full"); sem_unlink("/sem_empty");使用sys/mman.h库下的shm_unlink()函数回收申请的公共内存。
shm_unlink("/sem_data");至此我们说完了所有有关的信息，下面是一个完整的演示示例。
#include <iostream>#include <unistd.h>#include <semaphore.h>#include <fcntl.h>#include <sys/mman.h>#include <sys/wait.h>
const int N = 5;
struct ShareData{ int item;};
sem_t *mutex;sem_t *full;sem_t *empty;
void productor(ShareData *data, sem_t *mutex, sem_t *full, sem_t *empty){ while(true){ sem_wait(empty); sem_wait(mutex);
std::cout << data -> item++ << std::endl;
sem_post(mutex); sem_post(full); }}
void consumor(ShareData *data, sem_t *mutex, sem_t *full, sem_t *empty){ while(true){ sem_wait(full); sem_wait(mutex);
std::cout << data -> item-- << std::endl;
sem_post(mutex); sem_post(empty); }}
int main(){
mutex = sem_open("/sem_mutex", O_CREAT, 0600, 1); full = sem_open("/sem_full", O_CREAT, 0600, 0); empty = sem_open("/sem_empty", O_CREAT, 0600, N);
int fd = shm_open("/shm_data", O_CREAT | O_RDWR, 0600); ftruncate(fd, sizeof(ShareData)); ShareData* data = (ShareData*)mmap(NULL, sizeof(ShareData), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); data -> item = 0;
pid_t pid_productor = fork(); if(pid_productor == 0){ productor(data, mutex, full, empty); exit(0); }else{ pid_t pid_consumor = fork(); if(pid_consumor == 0){ consumor(data, mutex, full, empty); exit(0) }else{ wait(NULL); wait(NULL); } }
sem_unlink("/sem_mutex"); sem_unlink("/sem_full"); sem_unlink("/sem_empty");
shm_unlink("/sem_data");}