c - C中的进程同步不会第一次执行

Question

所以我在使用 C 语言的进程同步程序时遇到了这个问题。

我应该编写一个代码，使用 fork()，将产生如下内容:

PARENT
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT

使用我找到的代码 here ，我能够让它工作，但由于某些原因，第一个出现在屏幕上的结果一团糟，而其他所有结果都工作正常。

要编译，请键入:gcc test.c display.c -o test -pthread

无论如何，这是我正在测试的代码(我再说一遍:这不是我的代码):

#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

int main(void)
{
  int i;
  /* place semaphore in shared memory */
  sem_t *sema = mmap(NULL, sizeof(sema), PROT_READ |PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1, 0);
  /* create/initialize semaphore */
  if ( sem_init(sema, 1, 0) < 0)
  {
    perror("sem_init");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
  int nloop=10;
  int pid = fork();
  if (pid == 0)
  { 
    for (i = 0; i < nloop; i++)
    {
      // child unlocks semaphore
      display("CHILD\n");
      if (sem_post(sema) < 0)
          perror("sem_post");
      sleep(1);
    }
    if (munmap(sema, sizeof(sema)) < 0)
    {
      perror("munmap");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
      exit(EXIT_SUCCESS);
  }
  else
  {
    for (i = 0; i < nloop; i++)
    { // parent starts waiting
      display("PARENT\n");
      if (sem_wait(sema) < 0) 
        perror("sem_wait");
    // parent finished waiting
    }
    if (sem_destroy(sema) < 0)
    {
      perror("sem_destroy failed");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (munmap(sema, sizeof(sema)) < 0)
    {
      perror("munmap failed");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
  }
}

这是输出:

PACREHNT
ILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD
PARENT
CHILD

为什么一开始会发生这种情况？

Answer 1

你不能编写一个程序，用一个信号量在父进程和子进程之间交替(不诉诸某种形式的忙等待标志或其他东西)，因为两个进程将争先恐后地获取信号量；无法预测哪个进程将首先获取它。您的代码(第一次迭代除外)似乎按预期工作，因为 child 睡了很长时间，但从技术上讲它仍然是竞争条件，不能保证 parent 有机会在 child 醒来(尽管可能性很小)。

因此，您需要 2 个信号量:一个由 child 用来通知 parent 轮到他了，另一个由 parent 用来通知 child 。要选择谁先开始，请将相应的信号量初始化为 1(另一个初始化为 0)。

此外，这是错误的:

sem_t *sema = mmap(NULL, sizeof(sema), PROT_READ |PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1, 0);

第二个参数应该是 sizeof(*sema) 因为你想为信号量对象分配内存，而不是指针。

你永远不会#include "display.h"，你可能应该。

错误处理可以改进，但对于这个玩具程序，我认为这不是什么大问题。

这是一个使用 2-semaphore 方法的工作版本(这会将父信号量初始化为 1，因此父信号量将首先启动):

#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

int main(void)
{
    int i;
    /* place semaphore in shared memory */
    sem_t *child_sem = mmap(NULL, sizeof(*child_sem), PROT_READ |PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1, 0);
    sem_t *parent_sem = mmap(NULL, sizeof(*parent_sem), PROT_READ |PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1, 0);

    /* create/initialize semaphore */
    if ( sem_init(child_sem, 1, 0) < 0)
    {
        perror("sem_init");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (sem_init(parent_sem, 1, 1) < 0) {
        perror("sem_init");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int nloop=10;
    int pid = fork();
    if (pid == 0)
    {
        for (i = 0; i < nloop; i++)
        {
            if (sem_wait(child_sem) < 0)
                perror("sem_wait");
            display("CHILD\n");
            if (sem_post(parent_sem) < 0)
                perror("sem_post");
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        for (i = 0; i < nloop; i++)
        { // parent starts waiting
            if (sem_wait(parent_sem) < 0) 
                perror("sem_wait");
            display("PARENT\n");
            if (sem_post(child_sem) < 0)
                perror("sem_post");
        }
    }
}

为了简洁起见，我删除了 munmap(2) 和 sem_destroy(3) 调用，因为它们是不必要的，因为进程无论如何都会退出。

请注意，两个进程都遵循相同的模式:WAITING它们的信号量、工作、通知其他进程的信号量。这是进行一些重构并将其全部移动到接收要显示的字符串、要等待的信号量以及之后要通知的信号量的函数的好机会。

您还应该习惯使用 -Wall 进行编译。