在另一个进程中访问共享内存缓冲区

Question

我正在尝试使用互斥锁和共享缓冲区来解决生产者消费者问题，但在访问共享缓冲区结构中的值时遇到问题，特别是 char 数组。当我在一个终端中调用 producer.c 文件并使用

打印值（输入是字母表的 txt 文件）时

printf("%c", newBuff->bytes[newBuff->rear]); 

字符确实显示为正常，但是当我在 consumer.c 中做同样的事情时，但使用

printf("%c", newBuff->bytes[newBuff->front]);

这些值显示为空白。 newBuff->front 值为零，所以它应该打印字母 a。当我在 consumer.c 中访问我的结构中的其他值时，例如 front、count 或 back，它们是正确的。共享内存创建和附件也可以正常工作，所以我认为问题是我没有将 char 值正确存储在数组中，或者我试图错误地访问它们。在下面的代码中，我将 printf 放在 producer.c 的循环中，然后放在 consumer.c 的循环之外，因此我知道在消费者开始提取数据之前存在一个值。

Consumer.c

typedef struct buffer{
    pthread_mutex_t lock;
    pthread_cond_t shout;
    int front;
    int rear;
    int count;
    int endOfFile;
    char bytes[1024];
} buffer;


int main(int argc, char const *argv[]) {
    int i=0;
    FILE *file = fopen(argv[1], "w");
    if (argc != 2){
        printf("You must enter in a file name\n");
    }
    int shmid, swapCount=0;
    char swapBytes[] = "";
    char path[] = "~";
    key_t key = ftok(path, 7);
    buffer* newBuff;
    if ((shmid = shmget(key, SIZE, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) != -1) {
        newBuff = (buffer*) shmat(shmid, 0, 0);
        printf("successful creation\n");
        newBuff->front = 0;
        newBuff->count = 0;
        newBuff->endOfFile = 0;
        pthread_mutexattr_t attr;
        pthread_condattr_t condAttr;

        pthread_mutexattr_init(&attr);
        pthread_mutexattr_setpshared(&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
        pthread_mutex_init(&newBuff->lock, &attr);

        pthread_condattr_init(&condAttr);
        pthread_condattr_setpshared(&condAttr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
        pthread_cond_init(&newBuff->shout, &condAttr);
    } //shared memory creation

    else if ((shmid = shmget(key, 0, 0)) != -1){
        printf("%d\n", shmid);
        printf("successful attachment\n" );
        newBuff = (buffer*) shmat(shmid, 0, 0);
        printf("%c\n", newBuff->count);
    }
    else{
        printf("oops\n");
        exit(0);
    }
    pthread_mutex_lock(&newBuff->lock);
    printf("%c\n", newBuff->bytes[newBuff->front]);
    while (newBuff->endOfFile != 1)
    {
        while (newBuff->count == 0){
            pthread_cond_signal(&newBuff->shout);
            pthread_cond_wait(&newBuff->shout, &newBuff->lock);
        }
        newBuff->front = ((newBuff->front + 1)%SIZE);
        newBuff->count--;
    }
    pthread_mutex_unlock(&newBuff->lock);
    shmdt(&newBuff);

    //pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    //pthread_condattr_destroy(&condAttr);*/

    return 0;
}

Producer.c

typedef struct buffer{
    pthread_mutex_t lock;
    pthread_cond_t shout;
    int front;
    int rear;
    int count;
    int endOfFile;
    char bytes[1024];
} buffer;


int main(int argc, char const *argv[]) {
    FILE *file = fopen(argv[1], "r");
    if (argc != 2){
        printf("You must enter in a file dumbass\n");
    }
    int shmid;
    char path[] = "~";
    key_t key = ftok(path, 7);
    buffer* newBuff;
    printf("dfasdfasdf\n");
    if ((shmid = shmget(key, SIZE, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) != -1) {
        newBuff = (buffer*) shmat(shmid, 0, 0);
        printf("successful creation\n");


        newBuff->front = 0;
        newBuff->count = 0;
        newBuff->endOfFile=0;
        pthread_mutexattr_t attr;
        pthread_condattr_t condAttr;

        pthread_mutexattr_init(&attr);
        pthread_mutexattr_setpshared(&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
        pthread_mutex_init(&newBuff->lock, &attr);

        pthread_condattr_init(&condAttr);
        pthread_condattr_setpshared(&condAttr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
        pthread_cond_init(&newBuff->shout, &condAttr);
    } //shared memory creation

    else if ((shmid = shmget(key, 0, 0)) != -1){
        printf("successful attachment\n" );
        newBuff = (buffer*) shmat(shmid, 0, 0);
    }
    else{
        printf("oops\n");
        exit(0);
    }
    printf("%d\n", shmid);
    pthread_mutex_lock(&newBuff->lock);
    while (fscanf(file, "%c", &newBuff->bytes[newBuff->rear]) != EOF) //read in file
    {
        printf("%c\n", newBuff->bytes[newBuff->rear]);
        while (newBuff->count >= SIZE){ //buffer is full
            //("%c\n", newBuff->bytes[newBuff->rear]);
            pthread_cond_signal(&newBuff->shout);
            pthread_cond_wait(&newBuff->shout, &newBuff->lock);
        }
        //printf("%c\n", newBuff->bytes[newBuff->rear]);
        newBuff->rear = ((newBuff->front + 1)%SIZE);
        newBuff->count++;
    }
    newBuff->endOfFile = 1;
    pthread_cond_signal(&newBuff->shout);
    pthread_mutex_unlock(&newBuff->lock);

    shmdt(&newBuff);

    //pthread_mutexattr_destroy(&attr);
    //pthread_condattr_destroy(&condAttr);

    return 0;
}

Answer 1

您的代码存在一些困难，其中一些已在 cmets 中解决：

• ftok() 需要传递给它的路径来指定现有文件，但您传递的路径不需要。

• 您请求的共享内存比实际需要的少：只有缓冲区内容的大小，而不是整个 struct buffer 的大小。因为实际分配的共享内存量将四舍五入到页面大小的倍数，这最终可能没问题，但您应该确保通过请求您实际需要的数量来确保它没问题.

• System V 共享内存段具有内核持久性，因此一旦创建，它们将继续存在，直到它们被明确删除或系统重新启动。你永远不会删除你的。您也只在第一次创建它时才初始化它的内容。因此，除非您在两次运行之间手动删除它，否则您将在第二次和后续运行中使用旧数据（例如，设置了文件结束指示器）。我建议让消费者安排移除它。

• 消费者只打印缓冲区中的一个字节数据，并且在验证是否有要读取的内容之前打印。

• 在向缓冲区添加一个字节后，生产者直到 向消费者发出信号后才更新可用字节数。 充其量是浪费，因为消费者在下次唤醒（如果有的话）之前不会看到计数的变化。

• 生产者根据当前的 front 值而不是当前的 rear 值错误地更新了缓冲区的 rear 索引。因此，数据不会被写入缓冲区数组中的正确位置。

• 一旦生产者设置了 endOfFile 标志，消费者将忽略所有剩余的未读字节，但其中一个。

• 如果生产者在完成时将count 保留为零，则消费者将死锁。

我发现您的程序的修改版本解决了所有这些问题，通过共享内存成功并准确地传递数据。

更新：

还有，

• 消费者和/或生产者初始化互斥锁和条件变量的方式本身并不安全。无论哪个进程尝试shmget() 第二个（或第三个，或...）在第一个完成初始化它们之前访问这些对象都是可能的。更一般地说，一旦附加了共享内存段，写入它就不会涉及固有的内存屏障。为了解决这些问题，SysV 共享内存的自然伴侣是 SysV 信号量。