C Language
इंटरप्रोसेस कम्युनिकेशन (IPC)

परिचय

सेमाफोर

सेमाफोर का उपयोग दो या अधिक प्रक्रियाओं के बीच संचालन को सिंक्रनाइज़ करने के लिए किया जाता है। POSIX अर्ध-कार्यों के दो अलग-अलग सेटों को परिभाषित करता है:

1. - सिस्टम वी आईपीसी ’- semctl() , semop() , semget() ।
2. 'POSIX Semaphores' - sem_close() , sem_destroy() , sem_getvalue() , sem_init() , sem_open() , sem_post() , sem_trywait() , sem_unlink() ।

यह खंड सिस्टम V IPC सेमाफोर का वर्णन करता है, इसलिए उन्हें यूनिक्स सिस्टम V से उत्पन्न किया जाता है।

सबसे पहले, आपको आवश्यक हेडर शामिल करना होगा। POSIX के पुराने संस्करणों की आवश्यकता है #include <sys/types.h> ; आधुनिक POSIX और अधिकांश प्रणालियों को इसकी आवश्यकता नहीं है।

#include <sys/sem.h>

फिर, आपको बच्चे के साथ-साथ माता-पिता दोनों में एक कुंजी को परिभाषित करने की आवश्यकता होगी।

#define KEY 0x1111 

इस कुंजी को दोनों कार्यक्रमों में समान होना चाहिए या वे समान आईपीसी संरचना का उल्लेख नहीं करेंगे। इसके मूल्य को हार्ड-कोडिंग के बिना एक सहमत कुंजी उत्पन्न करने के तरीके हैं।

अगला, आपके कंपाइलर के आधार पर, आपको इस चरण को करने या करने की आवश्यकता नहीं हो सकती है: सेमाफोर संचालन के उद्देश्य के लिए एक संघ की घोषणा करें।

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short  *array;
};

इसके बाद, अपनी कोशिश ( semwait ) को परिभाषित करें और बढ़ाएं ( semsignal ) संरचनाएं। P और V नाम डच से उत्पन्न हुए हैं

struct sembuf p = { 0, -1, SEM_UNDO}; # semwait
struct sembuf v = { 0, +1, SEM_UNDO}; # semsignal

अब, अपने आईपीसी सेमाफोर के लिए आईडी प्राप्त करके शुरू करें।

int id;
// 2nd argument is number of semaphores
// 3rd argument is the mode (IPC_CREAT creates the semaphore set if needed)
if ((id = semget(KEY, 1, 0666 | IPC_CREAT) < 0) {
    /* error handling code */
}

माता-पिता में, 1 के काउंटर के लिए सेमाफोर को इनिशियलाइज़ करें।

union semun u;
u.val = 1;
if (semctl(id, 0, SETVAL, u) < 0) { // SETVAL is a macro to specify that you're setting the value of the semaphore to that specified by the union u
    /* error handling code */
}

अब, आप जरूरत के अनुसार सेमाफोर को घटा या बढ़ा सकते हैं। अपने महत्वपूर्ण अनुभाग की शुरुआत में, आप semop() फ़ंक्शन का उपयोग करके काउंटर को semop() :

if (semop(id, &p, 1) < 0) {
    /* error handling code */
}

सेमाफोर को बढ़ाने के लिए, आप &p बजाय &v उपयोग करते हैं:

if (semop(id, &v, 1) < 0) {
    /* error handling code */
}

ध्यान दें कि प्रत्येक फ़ंक्शन सफलता पर 0 और विफलता पर -1 देता है। इन रिटर्न स्टेटस की जाँच नहीं करने से विनाशकारी समस्याएँ पैदा हो सकती हैं।

उदाहरण 1.1: थ्रेड्स के साथ रेसिंग

नीचे दिए गए कार्यक्रम में एक बच्चे के लिए एक प्रक्रिया fork होगा और माता-पिता और बच्चे दोनों ही टर्मिनल पर वर्णों को किसी भी सिंक्रनाइज़ेशन के बिना मुद्रित करने का प्रयास करेंगे।

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int pid;
    pid =  fork();
    srand(pid);
    if(pid < 0)
    {
        perror("fork"); exit(1);
    }
    else if(pid)
    {
        char *s = "abcdefgh";
        int l = strlen(s);
        for(int i = 0; i < l; ++i)
        {
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            sleep(rand() % 2);
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            sleep(rand() % 2);
        }
    }
    else
    {
        char *s = "ABCDEFGH";
        int l = strlen(s);
        for(int i = 0; i < l; ++i)
        {
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            sleep(rand() % 2);
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            sleep(rand() % 2);
        }
    }
}

आउटपुट (पहला रन):

aAABaBCbCbDDcEEcddeFFGGHHeffgghh

(दूसरा रन):

aabbccAABddBCeeCffgDDghEEhFFGGHH

इस प्रोग्राम को कंपाइल करना और चलाना आपको हर बार एक अलग आउटपुट देना चाहिए।

उदाहरण 1.2: सेमीफोर के साथ रेसिंग से बचें

सेमाफोर का उपयोग करने के लिए उदाहरण 1.1 को संशोधित करना, हमारे पास है:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

#define KEY 0x1111

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short  *array;
};

struct sembuf p = { 0, -1, SEM_UNDO};
struct sembuf v = { 0, +1, SEM_UNDO};

int main()
{
    int id = semget(KEY, 1, 0666 | IPC_CREAT);
    if(id < 0)
    {
        perror("semget"); exit(11);
    }
    union semun u;
    u.val = 1;
    if(semctl(id, 0, SETVAL, u) < 0)
    {
        perror("semctl"); exit(12);
    }
    int pid;
    pid =  fork();
    srand(pid);
    if(pid < 0)
    {
        perror("fork"); exit(1);
    }
    else if(pid)
    {
        char *s = "abcdefgh";
        int l = strlen(s);
        for(int i = 0; i < l; ++i)
        {
            if(semop(id, &p, 1) < 0)
            {
                perror("semop p"); exit(13);
            }
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            sleep(rand() % 2);
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            if(semop(id, &v, 1) < 0)
            {
                perror("semop p"); exit(14);
            }

            sleep(rand() % 2);
        }
    }
    else
    {
        char *s = "ABCDEFGH";
        int l = strlen(s);
        for(int i = 0; i < l; ++i)
        {
            if(semop(id, &p, 1) < 0)
            {
                perror("semop p"); exit(15);
            }
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            sleep(rand() % 2);
            putchar(s[i]);
            fflush(stdout);
            if(semop(id, &v, 1) < 0)
            {
                perror("semop p"); exit(16);
            }

            sleep(rand() % 2);
        }
    }
}

आउटपुट:

aabbAABBCCccddeeDDffEEFFGGHHgghh

इस प्रोग्राम को कंपाइल करना और रन करना आपको हर बार एक ही आउटपुट देगा।