操作系统上机5:理发店问题

理发店问题：假设理发店的理发室中有 3 个理发椅子和 3 个理发师，有一个可容纳4个顾客坐等理发的沙发。此外还有一间等候室，可容纳13位顾客等候进入理发室。顾客如果发现理发店中顾客已满（超过 20 人），就不进入理发店。在理发店内，理发师一旦有空就为坐在沙发上等待时间最长的顾客理发，同时空出的沙发让在等候室中等待时间最长的的顾客就坐。顾客理完发后，可向任何一位理发师付款。但理发店只有一本现金登记册，在任一时刻只能记录一个顾客的付款。理发师在没有顾客的时候就坐在理发椅子上睡眠。理发师的时间就用在理发、收款、睡眠上。

①建立ipc.h 写入代码

#ifndef IPC_H_
// #if IPC
#define IPC_H_#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
// #include <iostream>#define BUFSZ   256
#define MAXVAL   100
#define STRSIZ   8
#define WRITERQUEST  1 //写请求标识
#define READERQUEST  2 //读请求标识
#define FINISHED  3 //读写完成标识/*信号灯控制用的共同体*/
typedef union semuns {long val;
} Sem_uns;/* 消息结构体*/
typedef struct msgbuf {long mtype;long mid;
} Msg_buf;//信号量
extern key_t costomer_key;
extern int costomer_sem;
extern key_t account_key;
extern int account_sem;extern int sem_val;
extern int sem_flg;//消息队列
extern int wait_quest_flg;
extern key_t wait_quest_key;
extern int wait_quest_id;
extern int wait_respond_flg;
extern key_t wait_respond_key;
extern int wait_respond_id;extern int sofa_quest_flg;
extern key_t sofa_quest_key;
extern int sofa_quest_id;
extern int sofa_respond_flg;
extern key_t sofa_respond_key;
extern int sofa_respond_id;int get_ipc_id(char *proc_file,key_t key);
char *set_shm(key_t shm_key,int shm_num,int shm_flag);
int set_msq(key_t msq_key,int msq_flag);
int set_sem(key_t sem_key,int sem_val,int sem_flag);
int down(int sem_id);
int up(int sem_id);#endif

②建立ipc.c 写入代码

 #include "ipc.h"//信号量
key_t costomer_key;
int costomer_sem;
key_t account_key;
int account_sem;int sem_val;
int sem_flg;//消息队列
int wait_quest_flg;
key_t wait_quest_key;
int wait_quest_id;
int wait_respond_flg;
key_t wait_respond_key;
int wait_respond_id;int sofa_quest_flg;
key_t sofa_quest_key;
int sofa_quest_id;
int sofa_respond_flg;
key_t sofa_respond_key;
int sofa_respond_id;int get_ipc_id(char *proc_file,key_t key) {FILE *pf;int i,j;char line[BUFSZ],colum[BUFSZ];if((pf = fopen(proc_file,"r")) == NULL){perror("Proc file not open");exit(EXIT_FAILURE);}fgets(line, BUFSZ,pf);while(!feof(pf)){i = j = 0;fgets(line, BUFSZ,pf);while(line[i] == ' ') i++;while(line[i] !=' ')colum[j++] = line[i++];colum[j] = '\0';if(atoi(colum) != key)continue;j=0;while(line[i] == ' ')i++;while(line[i] !=' ')colum[j++] = line[i++];colum[j] = '\0';i = atoi(colum);fclose(pf);return i;}fclose(pf);return -1;
}
int down(int sem_id) {struct sembuf buf;buf.sem_op = -1;buf.sem_num = 0;buf.sem_flg = SEM_UNDO;if((semop(sem_id,&buf,1)) <0) {perror("down error ");exit(EXIT_FAILURE);}return EXIT_SUCCESS;
}int up(int sem_id) {struct sembuf buf;buf.sem_op = 1;buf.sem_num = 0;buf.sem_flg = SEM_UNDO;if((semop(sem_id,&buf,1)) <0) {perror("up error ");exit(EXIT_FAILURE);}return EXIT_SUCCESS;
}int set_sem(key_t sem_key,int sem_val,int sem_flg) {int sem_id;  Sem_uns sem_arg;//测试由 sem_key 标识的信号灯数组是否已经建立if((sem_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/sem",sem_key)) < 0 ){//semget 新建一个信号灯,其标号返回到 sem_idif((sem_id = semget(sem_key,1,sem_flg)) < 0){perror("semaphore create error");exit(EXIT_FAILURE);}//设置信号灯的初值sem_arg.val = sem_val;if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_arg) <0){perror("semaphore set error");exit(EXIT_FAILURE);}}return sem_id;
}char * set_shm(key_t shm_key,int shm_num,int shm_flg) {int i,shm_id;char * shm_buf;//测试由 shm_key 标识的共享内存区是否已经建立if((shm_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/shm",shm_key)) < 0 ){//shmget 新建 一个长度为 shm_num 字节的共享内存,其标号返回到 shm_idif((shm_id = shmget(shm_key,shm_num,shm_flg)) <0){perror("shareMemory set error");exit(EXIT_FAILURE);}//shmat 将由 shm_id 标识的共享内存附加给指针 shm_bufif((shm_buf = (char *)shmat(shm_id,0,0)) < (char *)0){perror("get shareMemory error");exit(EXIT_FAILURE);}for(i=0; i<shm_num; i++) shm_buf[i] = 0;//初始为 0}//shm_key 标识的共享内存区已经建立,将由 shm_id 标识的共享内存附加给指 针 shm_bufif((shm_buf = (char *)shmat(shm_id,0,0)) < (char *)0){perror("get shareMemory error");exit(EXIT_FAILURE);}return shm_buf;
}int set_msq(key_t msq_key,int msq_flg){int msq_id;//测试由 msq_key 标识的消息队列是否已经建立if((msq_id = get_ipc_id("/proc/sysvipc/msg",msq_key)) < 0 ){//msgget 新建一个消息队列,其标号返回到 msq_idif((msq_id = msgget(msq_key,msq_flg)) < 0){perror("messageQueue set error");exit(EXIT_FAILURE);}}return msq_id;
}

③建立Customer.c

#include "ipc.h"
#include<sys/errno.h>int main(int argc,char *argv[])
{int rate;Msg_buf msg_arg;//可在在命令行第一参数指定一个进程睡眠秒数,以调解进程执行速度if(argv[1] != NULL) rate = atoi(argv[1]);else rate = 1;//联系一个请求消息队列wait_quest_flg = IPC_CREAT| 0644;wait_quest_key = 101;wait_quest_id = set_msq(wait_quest_key,wait_quest_flg);//联系一个响应消息队列wait_respond_flg = IPC_CREAT| 0644;wait_respond_key = 102;wait_respond_id = set_msq(wait_respond_key,wait_respond_flg);//联系一个请求消息队列sofa_quest_flg = IPC_CREAT| 0644;sofa_quest_key = 201;sofa_quest_id = set_msq(sofa_quest_key,sofa_quest_flg);//联系一个响应消息队列sofa_respond_flg = IPC_CREAT| 0644;sofa_respond_key = 202;sofa_respond_id = set_msq(sofa_respond_key,sofa_respond_flg);//信号量使用的变量costomer_key = 301;//顾客同步信号灯键值account_key = 302;//账簿互斥信号灯键值sem_flg = IPC_CREAT | 0644;//顾客同步信号灯初值设为0sem_val = 0;//获取顾客同步信号灯,引用标识存 costomer_semcostomer_sem = set_sem(costomer_key,sem_val,sem_flg);//账簿互斥信号灯初值设为 1sem_val = 1;//获取消费者同步信号灯,引用标识存 cons_semaccount_sem = set_sem(account_key,sem_val,sem_flg);int sofa_count=0;int wait_count=0;int i=0;//int count=0;while(1) {sleep(rate);i++;msg_arg.mid = i;if(sofa_count < 4) {if(wait_count != 0) {i--;//阻塞方式接收消息printf("123456\n");msgrcv(wait_quest_id, &msg_arg, sizeof(msg_arg) - sizeof(long), 0, 0);//printf("mid = %d ", msg_arg.mid);msg_arg.mtype=1;int sed = msgsnd(wait_respond_id, &msg_arg,sizeof(msg_arg) - sizeof(long), 0);//printf("sed=%d\n",sed);printf("%ld customer from waiting room to sofa\n", msg_arg.mid);//up(costomer_sem);} else {printf("%d new customer sit sofa\n", i);}sofa_quest_flg=IPC_NOWAIT;msg_arg.mtype=1;if(msgsnd(sofa_quest_id, &msg_arg, sizeof(msg_arg) -sizeof(long), sofa_quest_flg) >= 0){sofa_count++;}else{printf("msgsnd fail\n");// printf("%d\n",msg_arg);// if(errno == EAGAIN){//     printf("errno == EAGAIN\n");// }// else if(errno == EIDRM){//     printf("errno == EIDRM\n");// }// // else if(errno == EACCESS){// //     printf("errno == EACCESS\n");// // }// else if(errno == EFAULT){//     printf("errno == EFAULT\n");// }// else if(errno == EINTR){//     printf("errno == EINTR\n");// }// else if(errno == EINVAL){//     printf("errno == EINVAL\n");// }// msgctl(sofa_quest_id,IPC_RMID,&msg_arg);}} else if(wait_count < 13) {printf("sofa is full %d customer is waiting in the waiting room\n", i);wait_quest_flg = IPC_NOWAIT;msg_arg.mtype=1;msgsnd(wait_quest_id, &msg_arg, sizeof(msg_arg) - sizeof(long), wait_quest_flg);wait_count++;} else {printf("waiting room is full %d customer can't get into barber shop\n", i);//down(costomer_sem);msgrcv(sofa_respond_id, &msg_arg, sizeof(msg_arg) - sizeof(long), 0, 0);sofa_count--;i--;}sofa_quest_flg=IPC_NOWAIT;if(msgrcv(sofa_respond_id, &msg_arg, sizeof(msg_arg)  - sizeof(long), 0, sofa_quest_flg)>=0){sofa_count--;}wait_quest_flg = IPC_NOWAIT;if(msgrcv(wait_respond_id, &msg_arg, sizeof(msg_arg) - sizeof(long), 0, wait_quest_flg)>=0) {wait_count--;}}return 0;
}

④建立Barber.c

#include "ipc.h"int main(int argc,char *argv[])
{//  int i;int rate;Msg_buf msg_arg;//可在在命令行第一参数指定一个进程睡眠秒数,以调解进程执行速度if(argv[1] != NULL) rate = atoi(argv[1]);else rate = 3;//联系一个请求消息队列wait_quest_flg = IPC_CREAT| 0644;wait_quest_key = 101;wait_quest_id = set_msq(wait_quest_key,wait_quest_flg);//联系一个响应消息队列wait_respond_flg = IPC_CREAT| 0644;wait_respond_key = 102;wait_respond_id = set_msq(wait_respond_key,wait_respond_flg);//联系一个请求消息队列sofa_quest_flg = IPC_CREAT| 0644;sofa_quest_key = 201;sofa_quest_id = set_msq(sofa_quest_key,sofa_quest_flg);//联系一个响应消息队列sofa_respond_flg = IPC_CREAT| 0644;sofa_respond_key = 202;sofa_respond_id = set_msq(sofa_respond_key,sofa_respond_flg);//信号量使用的变量costomer_key = 301;//顾客同步信号灯键值account_key = 302;//账簿互斥信号灯键值sem_flg = IPC_CREAT | 0644;//顾客同步信号灯初值设为0sem_val = 0;//获取顾客同步信号灯,引用标识存 costomer_semcostomer_sem = set_sem(costomer_key,sem_val,sem_flg);//账簿互斥信号灯初值设为 1sem_val = 1;//获取消费者同步信号灯,引用标识存 cons_semaccount_sem = set_sem(account_key,sem_val,sem_flg);for(int i=0; i<3;i++){usleep(200000);if(fork()== 0){while (1){wait_quest_flg=IPC_NOWAIT;sleep(rate);if(msgrcv(sofa_quest_id, &msg_arg, sizeof(msg_arg) - sizeof(long), 0, wait_quest_flg)>=0) {//printf("temp %d\n",temp);msg_arg.mtype=1;msgsnd(sofa_respond_id, &msg_arg,sizeof(msg_arg) - sizeof(long), 0);printf("%d barber is serving for %ld customer \n", (int)getpid(), msg_arg.mid);down(account_sem);printf("%d barber is collect %ld customer's money\n", (int)getpid(), msg_arg.mid);up(account_sem);}else {printf("%d barber is sleeping\n", (int)getpid());}}} else{//exit( EXIT_SUCCESS);}}return 0;
}

编译：

gcc -g -c Barber.c ipc.c
gcc Barber.o ipc.o -o barber
gcc -g -c Customer.c ipc.c
gcc Customer.o ipc.o -o customer

运行：

在根目录下打开两个命令窗口，分别执行
./barber
./customer

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