Тупик с использованием именованного семафора

Question

Я пробую свой первый запуск с общей памятью и именем семафора для синхронизации доступа к нему.

В моей программе было 3 процесса - родительский и два дочерних, все они должны использовать одну и ту же общую память. для синхронизации между ними я использую именованный семпахор. ресурс, которым они делятся, представляет собой массив из 3 целых чисел, когда array[0] - местоположение флага выхода, которое дочерний процесс считывает перед тем, как работать, чтобы определить, хочет ли родительский процесс выйти. array [1], array [2] - используются для связи с родительским процессом, каждый процесс помещает сообщение в свою собственную ячейку массива, а родительский процесс читает его и помещает сообщение ACK в ответ.

Я пытаюсь получить базовый рабочий процесс моего кода - выделить все необходимые ресурсы, перевести родителя в спящий режим на 3 секунды, а затем запустить метод exit_procedure.

Моя проблема в том, что при достижении exit_procedure основной процесс навсегда блокируется при выполнении операции sem_wait() - по-видимому, в тупике. Я пытаюсь выяснить проблему и, похоже, не могу ее точно определить. Я новичок в обработке синхронизации - до этого кода я синхронизировал только потоки.

ОБНОВЛЕНИЕ: я переключился, используя отображение памяти POSIX, и теперь у меня та же проблема тупика. соответствующие методы в process_api.h не могут захватить блокировку, они просто блокируются навсегда. я не знаю, что я делаю не так. Могут ли некоторые помочь?

Мой код:

основной файл:

int *shmem_p;       //!< Shared variable to be used across different proccesses
int shmem_fd;       //!< Shared memory id
sem_t *sem_p;       //!< Sempahore for syncronizing access to shared memory

volatile sig_atomic_t done;         //!< An atomic flag to signal this process threads they are done
volatile sig_atomic_t signal_rcvd;  //!< Indication to exit procedure if a signal caused termination

/**
 * @brief Exit procedure to be called when program is done
 */
static void exit_procedure()
{
    block_all_signals();            /* Block all signals - we're already existing */

    if(signal_rcvd == SIGTERM) {    /* SIGTERM is manually raised by us when a thread terminates, thus not handled in signal handler */
        write(STDERR_FILENO, "Error occured - thread terminated\n", 33);
    }

    if( !signal_rcvd ) {            /* We got here normally, or by thread termination - set done flag */
        done = true;
    }

    /* Free all relevant resources */
    sem_unlink("/shmemory");
    sem_close(sem_p);

    munmap(shmem_p, TOTAL_PROC_NUM*sizeof(int));
    shm_unlink("/shmemory");

    sem_p = NULL;
    shmem_p = NULL;
}

static void signal_handler(int sig_num) {
    switch(sig_num) {
    case SIGCHLD:
        write(STDERR_FILENO, "Error occured - Child process terminated\n", 43);
        break;

    case SIGALRM:
        write(STDOUT_FILENO, "Successfully finished sim\n", 28);
        break;

    default:
        fprintf(stderr, "Error - Signal %s has been raised", strsignal(sig_num));
        fflush(stderr);
        break;
    }

    done = true;
    signal_rcvd = true;
}

static status_t init_procedure()
{
    done = false;
    signal_rcvd = false;
    size_t size = TOTAL_PROC_NUM*sizeof(int);

    /* Initialize shared memory to be used as an exit flag to be used by all processes */

    shmem_fd = shm_open("/shmemory", O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0644);
    if(shmem_fd < 0) {
        error_and_exit("shm_open() failed, err = ", errno);
    }

    if(ftruncate(shmem_fd, size)) {
        shm_unlink("/shmemory");
        error_and_exit("ftruncate() failed, err = ", errno);
    }

    shmem_p = (int *)mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shmem_fd, 0);
    if(shmem_p == MAP_FAILED) {
        shm_unlink("/shmemory");
        error_and_exit("mmap() failed, err = ", errno);
    }

    close(shmem_fd);    /* No longer needed */
    memset(shmem_p, 0, size);

    /* Initialize a named sempahore for the procceses shared memory */
    sem_p = sem_open("/shsemaphore", O_CREAT | O_RDWR, 0644, 1);
    if(SEM_FAILED == sem_p) {
        error("sem_open() failed, err = ", errno);
        munmap(shmem_p, size);
        shm_unlink("/shmemory");
    }

    /* Initialize memory access invokers processes */
    if(processes_init() != SUCCESS) {
        error("init_processes() failed\n", ERR);
        munmap(shmem_p, size);
        shm_unlink("/shmemory");
        sem_close(sem_p);
        return FAILURE;
    }

    /* Handle Signals - Ignore SIGINT, SIGQUIT, handle SIGCHLD & SIGALRM */

    struct sigaction sig_handler;
    sig_handler.sa_flags = 0;

    if(sigfillset(&sig_handler.sa_mask)) {  /* Mask all other signals inside the handler */
        error("sigemptyset() failed, err = ", errno);
        exit_procedure();
        return FAILURE;
    }

    sig_handler.sa_handler = signal_handler;
    if(sigaction(SIGCHLD, &sig_handler, NULL) || sigaction(SIGALRM, &sig_handler, NULL)) {  /* Set the signal handler for SIGCHLD & SIGALRM */
        error("sigaction() failed, err = ", errno);
        exit_procedure();
        return FAILURE;
    }

    sig_handler.sa_handler = SIG_IGN;
    if(sigaction(SIGINT, &sig_handler, NULL) || sigaction(SIGQUIT, &sig_handler, NULL)) {   /* Ignore ctrl+c and ctrl+z */
        error("sigaction() failed, err = ", errno);
        exit_procedure();
        return FAILURE;
    }

    return SUCCESS;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 1) {
        fprintf(stderr, "usage: %s (no arguments allowed)\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if(SUCCESS != init_procedure()) {
        error_and_exit("init_procedure() failed\n", ERR);
    }

    sleep(5);
    exit_procedure();

    return EXIT_SUCCESS;
}

обработчик процесса:

#define WR_RATE (0.8)               //!< Writing probabilty when invoking memory access
#define WR_RATE_INT (WR_RATE*10)    //!< WR_RATE as an int value between 1 and 10
#define INTER_MEM_ACCS_T (100000)   //!< Waiting time between memory accesses

static pid_t child_pids[CHILD_PROC_NUM];

int process_cnt;                    //!< Determines the index of the process, for child processes
extern sem_t *sem_p;

static bool is_ack_received(int *mem_p, off_t size)
{
    bool ack;

    /*********************************************************/
    /**                 Critical Section start              **/
    if((sem_wait(sem_p) != 0) && (errno != EINTR)) {
        munmap(mem_p, size);
        shm_unlink("/shmemory");
        error_and_Exit("sem_wait() failed, err = ", errno);
    }

    ack = (mem_p[process_cnt] == MSG_ACK);

    if(ack) {// TODO - Remove
        fprintf(stdout, "Process %d received ACK\n", process_cnt);
        fflush(stdout);
    }

    if((sem_post(sem_p) != 0) && (errno != EINTR)) {
        munmap(mem_p, size);
        shm_unlink("/shmemory");
        error_and_Exit("sem_post() failed, err = ", errno);
    }
    /**                 Critical Section end                **/
    /*********************************************************/

    return ack;
}

static void invoke_memory_access(int *mem_p, off_t size)
{
    msg_e send_msg = MSG_READ;
    if(rand_range(1, 10) <= WR_RATE_INT) {  /* Write Memory */
        send_msg = MSG_WRITE;
    }

    /*********************************************************/
    /**                 Critical Section start              **/
    if((sem_wait(sem_p) != 0) && (errno != EINTR)) {  
        munmap(mem_p, size);
        shm_unlink("/shmemory");
        error_and_Exit("sem_wait() failed, err = ", errno);
    }

    mem_p[process_cnt] = send_msg;
    fprintf(stdout, "Process %d sent MSG_%d in mem_address: %p\n", process_cnt, send_msg, &mem_p[process_cnt]); // TODO - Remove
    fflush(stdout);

    if((sem_post(sem_p) != 0) && (errno != EINTR)) {
        munmap(mem_p, size);
        shm_unlink("/shmemory");
        error_and_Exit("sem_post() failed, err = ", errno);
    }
    /**                 Critical Section end                **/
    /*********************************************************/
}

static void main_loop()
{
    int shmem_fd = shm_open("/shmemory", O_RDWR, 0);
    if(shmem_fd < 0) {
        error_and_Exit("shm_open() failed, err = ", errno);
    }

    struct stat mem_stat;
    fstat(shmem_fd, &mem_stat);

    int *child_memory_p = (int *)mmap(NULL, mem_stat.st_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shmem_fd, 0);
    if(child_memory_p == MAP_FAILED) {
        shm_unlink("/shmemory");
        error_and_Exit("mmap() failed, err = ", errno);
    }

    close(shmem_fd);    /* No longer needed */

    bool first_run = true;
    bool ack = false;
    const struct timespec ns_wait = {.tv_sec = 0, .tv_nsec = INTER_MEM_ACCS_T};

    while(child_memory_p[0] != MSG_EXIT) {
        if( !first_run ) {                  /* Not the first run, check for ack */
            ack = is_ack_received(child_memory_p, mem_stat.st_size);
        }

        nanosleep(&ns_wait, NULL);

        if( !first_run && !ack ) {  /* No ack received for latest call, nothing to be done */
            continue;
        }

        invoke_memory_access(child_memory_p, mem_stat.st_size);

        if(first_run) {             /* First run is over.. */
            first_run = false;
        }
    }

    fprintf(stdout, "PROCCESS %d EXIT!\n", process_cnt); // TODO Remove this
    fflush(stdout);

    munmap(child_memory_p, mem_stat.st_size);
    shm_unlink("/shmemory");

    child_memory_p = NULL;

    _Exit(EXIT_SUCCESS);
}

status_t processes_init()
{
    pid_t pid;
    process_cnt = 1;    /* Will be used for child processes to determine their order creation */
    int i;
    for(i = 0; i < CHILD_PROC_NUM; ++i) {
        pid = fork();

        if(ERR == pid) {
            error("fork() failed, err = ", errno);
            return FAILURE;
        } else if(pid != 0) {           /* Parent process */
            child_pids[i] = pid;
            process_cnt++;
        } else {                        /* Child process */
            block_all_signals();        /* Only main process responsible for indicate exit to its child*/
            main_loop();
        }
    }

    return SUCCESS;
}

void processes_deinit(int **mem_p)
{
    (*mem_p)[0] = MSG_EXIT;
    fprintf(stdout, "EXIT wrriten to address %p\n", *mem_p);

    /* Wait for all child processes to terminate */
    int i;
    write(STDOUT_FILENO, "Waiting for children to exit\n", 29); // TODO Remove this
    for(i = 0; i < CHILD_PROC_NUM; ++i) {
        if((ERR == waitpid(child_pids[i], NULL, 0)) && (ECHILD != errno)) {
            error("waitpid() failed, err = ", errno);
        }
    }

    fprintf(stdout, "PROCCESS DEINIT DONE!\n"); // TODO Remove this
    fflush(stdout);
}

Может кто-нибудь объяснить, пожалуйста, что я делаю не так?

Я пробовал:

1. Передача указателя sem_t из основного процесса как *sem_t **semaphore_p* методу process_init, и пусть каждый потомок использует реальный указатель на семафор (даже если потомок скопирует указатель на механизм COW, он все равно будет использовать фактические адреса. Спасибо

2. Объявление указателя sem_t как внешнего в обработчике процесса

3. Открытие каждого дочернего процесса (в методе main_loop) "копией" именованного семафора с использованием sem_open("/shsemaphore", O_RDWR)

Ничто из этого не сработало. Я схожу с ума здесь, ребята, пожалуйста, помогите мне:(

Answer 1

Решение найдено:

При создании именованного семафора в основном файле разрешения были установлены на 0644, что давало группе процессов только разрешение на чтение.

После изменения на следующее:

sem_open(semaphore_name, O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP, 1)

Проблема вроде бы решена! Очевидно, что если sem_wait вызывается без разрешения на чтение / запись для семафора (что произошло в дочернем процессе - они использовали семафор только с разрешением READ), поведение не определено

Answer 2

В функции init_procedure() после открытия семафора происходит вызов функции

sem_unlink(shared_sem_name);

который всегда выполняется, уничтожая семафор сразу после его создания. Вы хотите эту строку в вашем блоке обработки ошибок.