本次實驗比較簡單，相較于前幾屆需要在linux0.11 底下實現信號量,這次只需要在linux下寫個利用信號量解決生產者消費者問題已經很簡單了.
實驗要求：
在Ubuntu上編寫應用程序“pc.c”，解決經典的生產者—消費者問題，完成下面的功能：
- 建立一個生產者進程，N個消費者進程（N>1）；
- 用文件建立一個共享緩沖區；
- 生產者進程依次向緩沖區寫入整數0,1,2,...,M，M>=500；
- 消費者進程從緩沖區讀數，每次讀一個，并將讀出的數字從緩沖區刪除，然后將本進程ID和數字輸出到標準輸出；
緩沖區同時最多只能保存10個數。
要求用信號量來解決問題：
pc.c中將會用到sem_open()、sem_close()、sem_wait()和sem_post()等信號量相關的系統調用
要用到的函數說明：
int fseek(FILE *stream, long offset, int fromwhere);
函數設置文件指針stream的位置。
如果執行成功，stream將指向以fromwhere為基準，偏移offset（指針偏移量）個字節的位置，函數返回0。
如果執行失敗(比如offset超過文件自身大小)，則不改變stream指向的位置，函數返回一個非0值。
size_t fread(void *buffer,size_t size,size_t count, FILE *stream );
buffer 是讀取的數據存放的內存的指針
size 是每次讀取的字節數
count 是讀取次數
stream 是要讀取的文件的指針
從一個文件流中讀數據，最多讀取count個元素，每個元素size字節，如果調用成功返回實際讀取到的元素個數，如果不成功或讀到文件末尾返回 0。
size_t fwrite(const void* buffer, size_t size, size_t count, FILE* stream);
（1）buffer：是一個指針，對fwrite來說，是要獲取數據的地址；
（2）size：要寫入內容的單字節數；
（3）count:要進行寫入size字節的數據項的個數；
（4）stream:目標文件指針；
（5）返回實際寫入的數據項個數count。
思路:建立文件緩沖區
0-9位存生產的數據,第10位存儲當前讀到的位置.
消費者讀取的位置的時候要執行兩次,一次讀出當前所讀位置,第二次根據此位置計算位偏移;
fseek( fp, 10*sizeof(int), SEEK_SET );
fread( &Outpos, sizeof(int), 1, fp);
fseek( fp, Outpos*sizeof(int), SEEK_SET );
fread( &costnum, sizeof(int), 1, fp);
下面是實驗所需文件pc.c:
#define __LIBRARY__
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#define ALLNUM 550
#define CUSTOMERNUM 5
#define BUFFERSIZE 10
void Producters(pid_t pid,FILE *fp);
void Customer(pid_t pid,FILE *fp);
sem_t *empty,*full,*mutex;
FILE *fp=NULL;
int Inpos=0;
int Outpos=0;
int main()
{
int i,j,k;
pid_t producter;
pid_t customer;
empty=(sem_t *)sem_open("empty",O_CREAT,0064,10);
full=(sem_t *)sem_open("full",O_CREAT,0064,0);
mutex=(sem_t*)sem_open("mutex",O_CREAT,0064,1);
//開啟三個信號量
fp=fopen("products.txt","wb+");
fseek(fp,10*sizeof(int),SEEK_SET);
fwrite(&Outpos,sizeof(int),1,fp);
fflush(fp);
producter=fork();
if(producter==0)
{
Producters(producter,fp);
}
for (i=0;i<CUSTOMERNUM;i++)
{
customer=fork();
if(customer==0)
{
Customer(customer,fp);
}
}
wait(NULL);
wait(NULL);
wait(NULL);
wait(NULL);
wait(NULL);
wait(NULL);
//開了6個進程
sem_unlink("empty");
sem_unlink("full");
sem_unlink("mutex");
fclose(fp);
return 0;
}
void Producters(pid_t pid,FILE *fp)
{
int i=0;
for (i=0;i<ALLNUM;i++)
{
sem_wait(empty);
sem_wait(mutex);
fseek( fp, Inpos * sizeof(int), SEEK_SET );
fwrite(&i,sizeof(int),1,fp);
fflush(fp);
Inpos=(Inpos +1) % BUFFERSIZE;
sem_post(mutex);
sem_post(full);
}
return;
}
void Customer(pid_t pid,FILE *fp)
{
int j,productid;
for (j=0;j<ALLNUM/CUSTOMERNUM;j++)
{
sem_wait(full);
sem_wait(mutex);
fflush(stdout);
fseek(fp,10*sizeof(int),SEEK_SET);
fread(&Outpos,sizeof(int),1,fp);
fseek(fp,Outpos*sizeof(int),SEEK_SET);
fread(&productid,sizeof(int),1,fp);
printf("%d: %d\n",getpid(),productid);
fflush(stdout);
Outpos=(Outpos+1)% BUFFERSIZE;
fseek(fp,10*sizeof(int),SEEK_SET);
fwrite(&Outpos,sizeof(int),1,fp);
fflush(fp);
sem_post(mutex);
sem_post(empty);
}
return;
}
報告:
（1）在pc.c中去掉所有與信號量有關的代碼，再運行程序，執行效果有變化嗎？為什么會這樣？
執行結果Customer的消費數據沒有按遞增的順序輸出,而且且fread()函數將產生錯誤;
原因:
因為沒有信號量P(S)控制，導致生產者可能在緩沖區滿后繼續生產，導致沒有被消費的數據被覆蓋，使得消費者消費的數據不是遞增序列。
同時，沒有信號量V(S)控制，導致消費者可能在讀取所有數據后仍然繼續讀取，導致讀取的數據無效。
沒有mutex信號量控制導致出現多進程并發訪問緩沖區，導致出現fread()錯誤。
（2）實驗的設計者在第一次編寫生產者——消費者程序的時候，是這么做的：
Producer()
{ P(Mutex); //互斥信號量
生產一個產品item;
P(Empty); //空閑緩存資源
將item放到空閑緩存中;
V(Full); //產品資源
V(Mutex);
}
Consumer()
{ P(Mutex);
P(Full);
從緩存區取出一個賦值給item;
V(Empty);
消費產品item;
V(Mutex);
}
這樣可行嗎？如果可行，那么它和標準解法在執行效果上會有什么不同？如果不可行，那么它有什么問題使它不可行？
這樣做不可行，只有當緩沖區可寫或者可讀時，才能鎖定該臨界資源，否則容易出現緩沖區未鎖定（mutex=1），consumer鎖定該緩沖區，卻發現empty=10，full=0，等待緩沖區有字符信號量，這樣程序會進入死鎖狀態。
