我想实现一个程序：多进程操作共享内存中的队列。先放上我的代码
以下是我的file.h文件，其中含有队列操作的基本函数申明
#ifndef _QUEUE_
#define _QUEUE_
typedef struct team{
char name[20];
int noteWin;
int noteLost;
struct team* next;
}*Team;
typedef struct queue{
Team head;
Team tail;
}*Queue;
Queue allocQueue();
Queue initQueue(Queue queue);
Team allocTeam();
Team initTeam(Team team, char* name);
char* getName(Team team);
int getNoteWin(Team team);
int getNoteLost(Team team);
Team getHead(Queue queue);
Team getTail(Queue queue);
Team getNext(Team team);
int isEmpty(Queue queue);
Queue enQueue(Queue queue, Team team);
Queue deQueue(Queue queue);
int getSize(Queue queue);
void traverse(Queue queue);
#endif
然后如下是我的file.h头文件的具体实现file.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "file.h"
Queue allocQueue(){
Queue queue = (Queue)malloc(sizeof(struct queue));
return queue;
}
Queue initQueue(Queue queue){
queue->head = queue->tail = NULL;
return queue;
}
Team allocTeam(){
Team team = (Team)malloc(sizeof(struct team));
return team;
}
Team initTeam(Team team, char* name){
team->noteWin = 0;
team->noteLost = 0;
strcpy(team->name, name);
team->next = NULL;
return team;
}
int getNoteWin(Team team){
return team->noteWin;
}
int getNoteLost(Team team){
return team->noteLost;
}
char* getName(Team team){
return team->name;
}
Team getHead(Queue queue){
return queue->head;
}
Team getTail(Queue queue){
return queue->tail;
}
Team getNext(Team team){
return team->next;
}
int isEmpty(Queue queue){
return getHead(queue) == NULL;
}
int isNULL(Team team){
return team==NULL;
}
Queue enQueue(Queue queue, Team team){
if (isEmpty(queue)) {
queue->head = queue->tail = team;
}
else {
queue->tail->next = team;
queue->tail = team;
}
return queue;
}
Queue deQueue(Queue queue){
if (isEmpty(queue)) {
return NULL; // File vide
}
else {
Team team = getHead(queue);
queue->head = getNext(team);
if (isNULL(getHead(queue))) {
queue->tail = NULL;
}
free(team);
return queue;
}
}
int getSize(Queue queue){
Team team = getHead(queue);
int size = 0;
while(!isNULL(team)){
++size;
team = getNext(team);
}
return size;
}
void traverse(Queue queue){
Team team = getHead(queue);
while(!isNULL(team)){
printf("%s -> ", getName(team));
team = getNext(team);
}
}
// TEST
// int main(){
// Queue q = allocQueue();
// q = initQueue(q);
// Team team1 = allocTeam();
// team1 = initTeam(team1, "bonjour");
// q = enQueue(q, team1);
// Team team2 = allocTeam();
// team2 = initTeam(team2, "hello");
// q = enQueue(q, team2);
// Team team3 = allocTeam();
// team3 = initTeam(team3, "nihao");
// q = enQueue(q, team3);
// Team team4 = allocTeam();
// team4 = initTeam(team4, "sawadika");
// q = enQueue(q, team4);
// printf("size = %d\n",getSize(q));
// traverse(q);
// q = deQueue(q);
// printf("size = %d\n",getSize(q));
// traverse(q);
// }
然后再是关于共享内存以及信号量的实现文件cTools.h和cTools.c
#ifndef _CTOOLS_
#define _CTOOLS_
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include "file.h"
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXMSGSIZE 1024
// 共享内存的建立和释放
Queue shmalloc(key_t key, int size);
int shmfree(key_t key);
// semaphore的建立和释放
int semalloc(key_t key, int valInit);
int semfree(int semid);
// 信号量的处理
void P(int semid); // block
void V(int semid); // unblock
// 读取比赛队伍名字
void recupererNomEquipe(int size, char (*arr)[16], char filePath[30]);
#endif
#include "cTools.h"
Queue shmalloc(key_t key, int size) {
Queue queue;
int owner = 0;
int shmid = shmget(key, size, 0600);
if (shmid == -1) {
owner = 1;
shmid = shmget(key,size,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);
}
if (shmid == -1) return 0;
queue = (Queue)shmat(shmid, 0, 0);
if (queue == (Queue)-1) {
if (owner) shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
return 0;
}
return queue;
}
int shmfree(key_t key){
int shmid = shmget(key, 0, 0644);
return shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
}
int semalloc(key_t key, int valInit) {
int semid = semget(key,1,0);
if (semid == -1){
semid = semget(key,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0600);
if (semid == -1)
return -1;
if (semctl(semid,0,SETVAL,valInit) == -1) {
/* il faut detruire le semaphore */
semctl(semid,0,IPC_RMID,0);
return -1;
}
}
return semid;
}
int semfree(int semid) {
return semctl(semid,0,IPC_RMID,0);
}
static struct sembuf sP = {0,-1,0};
static struct sembuf sV = {0,1,0};
void P(int semid){
semop(semid,&sP,1);
}
void V(int semid) {
semop(semid,&sV,1);
}
void recupererNomEquipe(int size, char (*arr)[16], char filePath[30]){
FILE *f = fopen(filePath,"r");
int i,j;
for(i = 0; i < size; i++){
fscanf(f, "#%[^#]#\n", arr[i]);
}
fclose(f);
}
然后我的问题来了，我目前在做一个测试，我想首先实现两个进程对一个共享内存的操作，就像下面代码中，首先向队列中填入两个element，再用子进程实现deQueue出队操作。我原本是想实现这一步后，再拓展到更多线程，但是我在这一步就卡住了。子进程能够实现deQueue操作，同时这一步操作也能与父进程同步，但是为什么子进程中“team4”，加不进去啊？我根本不能不能理解。为什么deQueue都能执行，team4的enQueue操作不行了？
#include "cTools.h"
#include <pthread.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
char filePath[30];
int size;
if(argc == 3){
size = atoi(argv[1]);
strcpy(filePath,argv[2]);
}
char nbE[size][16];
recupererNomEquipe(size,nbE,filePath);
int shmKey = ftok(".", 0);
Queue queue = shmalloc(shmKey,sizeof(Queue));
// queue = allocQueue();
queue = initQueue(queue);
Team team = allocTeam();
team = initTeam(team,"bonjour");
queue = enQueue(queue, team);
Team team2 = allocTeam();
team2 = initTeam(team2,"hello");
queue = enQueue(queue, team2);
Team team3 = allocTeam();
team3 = initTeam(team3,"nihao");
queue = enQueue(queue, team3);
// pthread_mutex_t mutex;
// pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
key_t semKey = ftok(".",0);
int semid = semalloc(semKey, 1);
pid_t pid;
switch(pid = fork()){
case -1:
perror("fork");
return -1;
case 0:
P(semid);
deQueue(queue);
Team team4 = allocTeam();
team4 = initTeam(team4,"goodbye");
queue = enQueue(queue, team4);
traverse(queue);
printf("\n");
V(semid);
shmfree(shmKey);
exit(EXIT_SUCCESS);
default:
P(semid);
Team team5 = allocTeam();
team5 = initTeam(team5,"auRevoir");
queue = enQueue(queue, team5);
traverse(queue);
printf("\n");
V(semid);
wait(NULL);
printf("\n\n\n");
traverse(queue);
semfree(semid);
shmfree(shmKey);
return 0;
}
}
问题可能在于您没有将队列的地址传递给子进程，导致子进程无法访问和修改队列。共享内存仅提供了一个共享的内存区域，但是不同的进程必须使用相同的地址才能够正确地访问共享内存。
shmalloc 函数来获取共享内存，并得到了指向队列的指针。然而，这两个指针实际上是指向不同内存空间的，因为它们各自位于不同的进程地址空间中。如果您想要使子进程能够正确地访问和修改队列，您需要将指向队列的指针传递给子进程。一种简单的方法是使用共享内存中的一个整数变量作为信号量，用于同步父进程和子进程对队列的访问。当父进程写入队列时，它将信号量减小，表示它正在使用队列。当子进程读取队列时，它将等待信号量大于 0，然后将信号量减小，表示它正在使用队列。这种同步机制可以确保父进程和子进程不会同时读取或修改队列。
以下是代码：
#include "cTools.h"
#include <pthread.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
char filePath[30];
int size;
if (argc == 3){
size = atoi(argv[1]);
strcpy(filePath, argv[2]);
}
char nbE[size][16];
recupererNomEquipe(size, nbE, filePath);
int shmKey = ftok(".", 0);
Queue queue = shmalloc(shmKey,sizeof(Queue));
queue = initQueue(queue);
Team team = allocTeam();
team = initTeam(team,"bonjour");
queue = enQueue(queue, team);
Team team2 = allocTeam();
team2 = initTeam(team2,"hello");
queue = enQueue(queue, team2);
Team team3 = allocTeam();
team3 = initTeam(team3,"nihao");
queue = enQueue(queue, team3);
// 创建信号量
key_t semKey = ftok(".", 0);
int semid = semalloc(semKey, 1);
pid_t pid;
switch(pid = fork()){
case -1:
perror("fork");
return -1;
case 0:
P(semid);
deQueue(queue);
Team team4 = allocTeam();
team4 = initTeam(team4,"goodbye");
queue = enQueue(queue, team4);
traverse(queue);
printf("\n");
V(semid);
exit(EXIT_SUCCESS);
default:
P(semid);
Team team5 = allocTeam();
team5 = initTeam(team5,"auRevoir");
queue = enQueue(queue, team5);
traverse(queue);
printf("\n");
V(semid);
wait(NULL);
traverse(queue);
semfree(semid);
shmfree(shmKey);
return 0;
}
}
请注意，在这个示例中，父进程和子进程都使用了 P() 和 V() 函数来操作信号量。这些函数分别用于将信号量值减少和增加。当信号量值为 0 时，P() 将会阻塞进程，直到信号量值大于 0 为止。这样可以保证两个进程不会同时访问共享内存。
以下是一个示例程序，演示了如何使用 POSIX 共享内存和信号量来实现进程间通信：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <semaphore.h>
#define SHM_SIZE 1024
int main(int argc, char *argv[])
{
const char *sem_name = "/my_semaphore";
const char *shm_name = "/my_shared_memory";
int shm_fd = shm_open(shm_name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
if (shm_fd == -1) {
perror("shm_open");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (ftruncate(shm_fd, SHM_SIZE) == -1) {
perror("ftruncate");
exit(EXIT_FAILURE);
}
void *ptr = mmap(NULL, SHM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
if (ptr == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
exit(EXIT_FAILURE);
}
sem_t *sem = sem_open(sem_name, O_CREAT, 0666, 1);
if (sem == SEM_FAILED) {
perror("sem_open");
exit(EXIT_FAILURE);
}
pid_t pid;
switch (pid = fork()) {
case -1:
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
case 0:
sem_wait(sem);
printf("Child process: shared memory contains '%s'\n", ptr);
sprintf(ptr, "Hello from child!");
sem_post(sem);
exit(EXIT_SUCCESS);
default:
sem_wait(sem);
printf("Parent process: shared memory contains '%s'\n", ptr);
sprintf(ptr, "Hello from parent!");
sem_post(sem);
wait(NULL);
sem_close(sem);
sem_unlink(sem_name);
munmap(ptr, SHM_SIZE);
shm_unlink(shm_name);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
}
在这个例子中，父进程和子进程都打开了一个共享内存区域，然后将其映射到自己的地址空间中。它们还创建了一个名为 my_semaphore 的命名信号量，并使用它来协调对共享内存的访问。
在父进程中，它首先将字符串 "Hello from parent!" 写入共享内存，然后等待子进程完成。一旦子进程完成，它将读取共享内存中的内容，并输出它包含的字符串。
在子进程中，它首先等待父进程写入共享内存中的内容，然后将其替换为字符串 "Hello from child!"。然后它退出进程。
shm_open() 和 shm_unlink() 来创建和删除共享内存区域。这些函数需要一个唯一的名称来标识共享内存区域。我们还使用 sem_open() 和 sem_close() 来创建和删除信号量。这些函数类似于 open() 和 close()，但它们用于操作命名信号量。参考GPT和自己的思路：以下是一些可能导致问题的常见原因：
共享内存的创建：在使用共享内存之前，必须创建共享内存并将其附加到进程的地址空间中。请确保在使用共享内存之前，您已经正确地创建了共享内存并将其附加到进程的地址空间中。
进程间同步：当多个进程同时访问共享内存时，需要使用某种同步机制来避免竞争条件。这可以通过信号量或互斥量来实现。请确保您在多个进程之间正确地使用了同步机制。
共享内存中的数据结构：您的代码中使用了队列数据结构，需要确保该数据结构能够正确地在共享内存中使用。这可能涉及到对内存分配和指针操作的特殊处理。
进程间通信：在使用共享内存时，进程之间需要通过某种方式进行通信，以确保它们在访问共享内存时不会冲突。这可以通过使用进程间通信机制来实现，例如管道或消息队列。请确保您已经正确地实现了进程间通信机制。
您需要仔细检查您的代码并确保它满足上述条件。
基于最新版ChatGPT4的回答，望采纳!!!有其他问题也可以询问我哦、”(最新版更智能，功能更加强大)
首先，我注意到您在共享内存中创建队列，但是您没有正确地将共享内存与队列关联。您需要将队列的内存分配和初始化放到共享内存中，这样才能确保多个进程访问相同的内存空间。以下是如何修改的建议：
file.h，将队列结构体和队伍结构体声明为不包含指针。typedef struct team{
char name[20];
int noteWin;
int noteLost;
int next; // 使用int而不是指针
} Team;
typedef struct queue{
int head; // 使用int而不是指针
int tail; // 使用int而不是指针
Team teams[10]; // 为队列分配足够的空间，根据需求调整大小
} Queue;
file.c 中的相应函数，以适应新的结构体定义。cTools.h 和 cTools.c 中的 shmalloc() 函数以适应新的结构体定义。您可能需要调整队列和共享内存的大小。main() 函数中的代码，以适应新的结构体定义和共享内存的使用。这里有一些关于如何使用共享内存和队列的示例代码：
int main(int argc, char *argv[])
{
// ...
int shmKey = ftok(".", 0);
Queue *queue = shmalloc(shmKey, sizeof(Queue));
// 初始化队列
queue->head = -1;
queue->tail = -1;
// 向队列中添加元素
Team team1;
initTeam(&team1, "bonjour");
enQueue(queue, &team1);
Team team2;
initTeam(&team2, "hello");
enQueue(queue, &team2);
// ...
}
这样，您应该能够在多个进程之间共享队列。但是，请注意，这个示例没有实现线程安全，所以在实际应用中需要确保使用信号量或其他同步原语正确地同步对队列的访问。
建议你用内存映射文件，这个最简单，队列用数组、线性表来实现。
参考GPT和自己的思路：
根据您提供的代码，我发现您在使用共享内存时有些问题。
首先，您在文件主函数中使用了以下代码：
Queue queue = shmalloc(shmKey,size);
queue = allocQueue();
queue = initQueue(queue);
这段代码中，您先调用了shmalloc方法来获取共享内存的队列，但接下来又重新定义了一个queue指针，并用allocQueue和initQueue方法对其进行初始化。这样做的问题在于，您实际上已经失去了对共享内存队列的引用，因为此前获取的queue指针已经被重新定义并重新初始化，而原来在共享内存中创建的队列已经无法被访问。
另外，您在调用deQueue方法时，在函数内部并没有对共享内存队列的元素进行删除，只是删除了本地内存中的队列元素。因此，这个还是本地的队列。
为了正确地使用共享内存中的队列，您需要使用以下代码来获取共享内存队列并对其进行初始化：
Queue queue = shmalloc(shmKey,sizeof(struct queue));
queue = initQueue(queue);
这样，您将获得在共享内存中创建的队列，并且可以对其进行操作。另外，在deQueue函数中还需要用共享内存队列的元素而非本地指针来进行队列元素的删除。
希望我的回答对您有所帮助！
参考GPT和自己的思路，您的代码中似乎缺少共享内存的创建和初始化步骤，因此我在回答您的问题之前，先给您介绍一下共享内存的使用流程。
问题分析：
子进程中调用enQueue的结果是添加队列失败。
首先，您需要调用 shmget 函数创建共享内存，代码可以参照以下格式
key_t key = ftok("file.h", 'x'); // 创建key
int shmid = shmget(key, sizeof(Queue), 0644|IPC_CREAT); // 创建共享内存的id
Queue queue = (Queue) shmat(shmid, (void*)0, 0); // 映射共享内存并获得指针
其中，key 需要使用 ftok 函数生成，第一个参数为创建一个不存在的文件，第二个参数是你自己指定的字符，在同样的文件和字符下会生成相同的key。shmget函数会返回一个内存id，这个id代表了该段内存的权限信息和大小。shmat 函数用于映射共享内存并返回共享内存的指针。对于整个程序来说，key应该是一样的，可是尝试在不同进程中打开同一个文件，这在现实中往往是不现实的，除此之外，您可以手动指定key。
对于在共享内存中分配动态内存的情况，可以尝试使用内存池，手工管理分配，这样可以避免释放内存的困难。
在这里，我简单实现了一下 shmget 函数的调用已经完整的共享内存操作的流程：
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
typedef struct team{
char name[20];
int noteWin;
int noteLost;
struct team* next;
}*Team;
typedef struct queue{
Team head;
Team tail;
}*Queue;
int main(){
// 1. 生成key
key_t key = ftok("file.h", 'x');
// 2. 创建/获取共享内存
int shmid = shmget(key, sizeof(Queue), 0644|IPC_CREAT);
if (shmid == -1) {
perror("shmget failed");
return 1;
}
// 3. 映射共享内存
Queue queue = (Queue) shmat(shmid, (void*)0, 0);
if (queue == (void*)-1) {
perror("shmat failed");
return 1;
}
// 4. 进行队列操作:
// 对queue执行initQueue， enQueue 和 Traverse 等操作
return 0;
}
然后再来看一下这段代码中的错误。
由于这段代码中没有完整的共享内存想关操作，可能更难以找到问题的原因，但是您在加入 "team4" 时，传入字符串的方式不太正确，应该调用 initTeam 来初始化 team，然后将其添加到队列中。更改后的代码如下：
#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include "file.h"
key_t key;
Queue queue;
int semid;
int main(){
// 1. 生成key
key = ftok("file.h", 'x');
if (key == -1) {
perror("ftok failed");
return 1;
}
// 2. 获取共享内存
int shmid = shmget(key, sizeof(Queue), 0644|IPC_CREAT);
if (shmid == -1) {
perror("shmget failed");
return 1;
}
// 3. 映射共享内存
queue = (Queue) shmat(shmid, (void*)0, 0);
if (queue == (void*)-1) {
perror("shmat failed");
return 1;
}
// 4. 创建并初始化信号量
semid = semalloc(key, 1);
if (semid == -1) {
perror("semalloc failed");
return 1;
}
// 5. 队列操作：初始化队列并插入两个元素
queue = initQueue(queue);
queue = enQueue(queue, initTeam(allocTeam(), "team1"));
queue = enQueue(queue, initTeam(allocTeam(), "team2"));
// 6. fork 一个子进程，从队列中取出队头元素
pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork failed");
return 1;
} else if (pid == 0) {
// 子进程操作：从队首出队，如果成功加入 "team4" 元素
P(semid);
queue = deQueue(queue);
if (queue != NULL) {
printf("%s out\n", getName(getHead(queue)));
queue = enQueue(queue, initTeam(allocTeam(), "team4"));
}
V(semid);
} else {
// 父进程操作: 阻塞，等待子进程操作完成，然后输出队列中的队伍，并释放共享内存
P(semid);
V(semid);
sleep(1); // 保证子进程操作完成
printf("\n队列中的元素为：\n");
traverse(queue);
printf("\n");
shmdt(queue); // 分离共享内存
shmctl(shmid, IPC_RMID, 0); // 释放共享内存
semfree(semid); // 释放信号量
}
return 0;
}
在子进程中，我们尝试执行 enQueue 操作时需要注意，在队列中添加新的元素，我们需要先使用 allocTeam 和 initTeam 函数初始化一个新的 Team 结构体并且添加到队列中。
最后，在主函数结束时，需要通过 shmdt 分离共享内存，并通过 shmctl 释放共享内存空间。
至此，将所有的修改合并到一起，相关问题应该已经得到了解决。
这个问题的本质在于你要知道子线程调用了shmfree(shmKey)。
你main函数里子线程不应该调用shmfree，如果调用意味着什么， 意味着你的子进程对共享内存的修改到此为止了，关闭了和父进程共i想的通道了，所以你在子进程退出的时候暂时不要加上这一句代码即可。
如果你想在子进程输出goodbye，只需要在父进程的default下面增加一个wait(NULL);即可，这样确保了先执行子进程，等待子进程退出后再执行父进程
请采纳
以下答案由GPT-3.5大模型与博主波罗歌共同编写：
首先，需要明确的是，使用共享内存进行多进程间通信需要考虑进程间的同步问题，避免数据竞争的发生。常用的同步机制是信号量，可以使用系统提供的 semget、semop、semctl 等函数实现。
在你的代码中，已经使用了信号量进行同步，这部分代码的实现是没有问题的。因此，我们重点关注为什么队列中元素添加不进去的问题。
进一步分析代码，发现在子进程中调用了 enQueue 函数来添加 team4，这是会影响共享内存中的队列内容的。但是，为什么在读取共享内存的内容时，仍然无法读取到 team4 呢？
原因是，在子进程和父进程中，每个进程都有自己的一份共享内存。因此，在子进程中的 enQueue 操作，实际上是将数据添加到了子进程中的共享内存中的队列中，而父进程读取的共享内存并不包含这个元素。
要解决这个问题，需要在子进程中，用共享内存中的数据重新构建出队列。可以使用类似以下代码：
int shmKey = ftok(".", 0);
Queue queue = shmalloc(shmKey,sizeof(Queue));
queue = (Queue) memcpy(queue, shmPtr, sizeof(Queue));
//对共享内存中的队列进行操作
//...
//将操作后的队列更新到共享内存中
memcpy(shmPtr, queue, sizeof(Queue));
另外，需要注意的是，由于你的队列中包含指针，会给共享内存带来更加复杂的管理问题。例如，如果在共享内存中保存了一个 Team 指针，这个指针并不能直接指向共享内存中的一个位置，并且在进程间传递时也需要对指针进行额外的处理。
因此，在实现队列的共享内存时，常用的做法是在共享内存中保存数据本身而非指针。举个例子，可以在共享内存中预留足够的空间，用于存放若干个 Team 结构体，然后使用 offset 来替代指针，实现跨进程间的共享。
另外，还需要注意的是在进程结束之前需要解除共享内存的映射，并删除多余的共享内存。具体实现可以参考你的代码中相关部分。
如果我的回答解决了您的问题，请采纳！