使用两种不同的状态同步两个进程答案

【问题标题】：Synchronize two processes using two different states使用两种不同的状态同步两个进程
【发布时间】：2012-06-08 19:39:55
【问题描述】：

我正在尝试找出一种方法来同步两个共享数据的进程。

基本上我有两个使用共享内存链接的进程。我需要进程 A 在共享内存区域中设置一些数据，然后进程 B 读取该数据并对其进行操作。

我期待的事件顺序是：

B 块等待数据可用信号
A 写入数据
A 信号数据可用
B 读取数据
B 块等待数据不可用信号
A 信号数据不可用
一切回到起点。

换句话说，B 会阻塞，直到它收到“1”信号，获取数据，然后再次阻塞，直到该信号变为“0”。

我已经成功地使用纯共享内存来模拟它，但是要么我使用一个消耗 100% CPU 时间的 while 循环来阻塞，要么我使用一个带有 nanosleep 的 while 循环，它有时会错过一些信号。

我尝试过使用信号量，但我只能找到一种方法来等待一个零，而不是一个，并且尝试使用两个信号量只是没有用。我不认为信号量是要走的路。

会有很多进程都访问同一个共享内存区域，并且当共享内存被修改时需要通知所有进程。

它基本上是在尝试模拟硬件数据和控制总线，其中事件是边沿触发而不是电平触发。我感兴趣的是状态之间的转换，而不是状态本身。

那么，有什么想法或想法吗？

【问题讨论】：

循环如何消耗 100% 的内存？
PS：您可能会考虑使用 pthreads 数据结构，在这种情况下是条件变量。（是的，我知道您正在使用单独的进程，但是您可以将 condvar 扔到共享内存段中）
哎呀......这应该是 100% 的 CPU 时间。
@H2CO3 信号会很好，但我无法预测哪些进程将访问共享内存。可能是多个进程。
共享内存听起来像是问题的根源。为什么不使用更合适的 IPC 机制？

标签： c linux shared-memory

【解决方案1】：

如果涉及 2 个进程，您可以使用文件、共享内存甚至网络来传递标志或信号。但是如果进程比较多，修改内核可能会有一些合适的解决方案。您的问题中有一个共享内存，对吗？！现在信号是怎么传递的？！

【讨论】：

我设法做的最好的事情是在共享内存中添加第二个字节，其中包含标志，充当“控制”行。进程通过在 while() 循环中重复轮询来等待该字节的变化。不过，这对处理器来说太密集了。添加延迟，即使使用 nanosleep，也意味着错过了一些更改。我仍然需要这个额外的字节来控制其他事情，但需要某种方式来通知它何时发生变化。它每秒可以更改数千次，并且需要多个进程知道这一点。
进程 A 将一个信号放入您的第二个共享内存中，以便通知进程 B 新数据。当 B 没有全部读取它们时，进程 A 可以更改第二个共享内存及其标志吗？！正如你所说，进程 A 可以改变它，而现在，B 处于纳米睡眠状态，对吧？
是的，A可以随时更改数据，无论B是否读取。实际上，进程 A 就像一个 CPU，只是在地址和数据总线上设置值。进程 B 就像一个 RAM 芯片，等待某些总线上的某些组合，然后再对它们做出反应。进程 A 不能等待 B 的确认，因为 B 可能不应该响应当前数据。响应的可能是 C，也可能是 Q，或者根本没有。我无法预测什么将负责或不负责处理共享内存中的数据。
当我遇到这样的模式时，我的脑海中会出现一个队列。我知道这里的问题是不同的，但是如果进程 A 可以等待来自 B 的信号以读取标志以确保 A 确定已传递标志，那么似乎问题已解决，但如果进程数更高，则将是一个糟糕的解决方案。你也说进程 A 不等待任何东西。另一种情况可以看作是这样，进程A将标志放入队列中，进程B读取队列。他不适合这个问题，因为每当新标志放入第二个时，A都会更改数据...
第二个共享内存。我们可以有一个数据队列吗？并且所有进程或在这种特殊情况下，进程 B 从该队列中删除。我的意思是有什么结构可以为你做到这一点？！如果您使用网络，例如 TCP 连接，则会创建一个内部队列。如果你想写在内核空间，你可以在那里有一个队列。

【解决方案2】：

Linux 有自己的eventfd(2) 工具，您可以将其合并到您的正常poll/select 循环中。您可以通过 UNIX 套接字将eventfd 文件描述符从一个进程传递到另一个进程，或者直接使用fork(2) 继承它。

编辑0：

在重新阅读问题后，我认为您的选择之一是信号和进程组：在同一进程组 (setpgid(2)) 下启动您的“侦听”进程，然后用 pid 的否定参数向它们发出信号987654323@ 或sigqueue(2)。同样，Linux 提供了signalfd(2) 用于轮询和避免慢信号蹦床。

【讨论】：

如果有 15 个进程，其中任何一个都可能需要向其他 14 个进程表明共享内存值已更改，这将如何？
我会使用像本地多播这样的一对多公告。管道适合一对一。抱歉错过了您关于“很多”的问题。

【解决方案3】：

在 linux 中，所有 POSIX 控制结构（互斥锁、条件、读写锁、信号量）都有一个选项，如果它们驻留在共享内存中，它们也可以在进程之间使用。对于您描述的经典互斥锁/条件对的过程，似乎很适合这项工作。查看这些结构的 ..._init 函数的手册页。

Linux 有其他适当的实用程序，例如“futex”，可以更有效地处理这个问题。但这些可能不是开始的正确工具。

【讨论】：

【解决方案4】：

1 个单读和单写
1 个单读和单写 这可以使用信号量来实现。在 posix semaphore api 中，您有 sem_wait() ，它会一直等到信号量计数的值为零，一旦使用来自其他进程的 sem_post 递增，等待将完成。

在这种情况下，您必须使用 2 个信号量进行同步。

进程 1（阅读器）
sem_wait(sem1);
.......
sem_post(sem2);

流程 2（作家）
sem_wait(sem2);
.......
sem_post(sem1);

这样就可以实现共享内存中的同步。

【讨论】：