Linux环境C语言共享内存信号量程序输出空文件问题求助

已定位的代码错误 #

• 同步逻辑缺失，子进程提前执行
  现有代码仅用1个初始值为1的信号量实现临界区互斥，没有控制进程执行顺序：fork()创建子进程后，子进程一旦获得CPU就会直接启动读缓冲区的循环，此时父进程可能还没开始往共享内存写文件内容。
• 长度计数变量未共享
  记录写入字符数的变量i是栈上局部变量，fork()后父、子进程各自持有独立的i副本。子进程的i始终是fork时刻的初始值0，因此读缓冲区的for循环判定条件j < i/k < i永远不成立，循环体一次都不会执行，自然输出空文件。
• 信号量创建权限错误
  semget()调用传入的权限参数为0100，仅赋予所有者执行权限，无读写权限，会导致后续semop()信号量操作直接失败。由于代码未做任何系统调用返回值校验，该错误无法被感知。
• 资源回收逻辑错误
  三个进程（父+2个子进程）的代码路径末尾都会执行shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL)删除共享内存，若子进程先执行到该行，会直接删除仍在使用的共享内存段，导致父进程写入失败。同时父进程没有等待子进程执行结束的逻辑，可能出现父进程提前退出、子进程变成孤儿进程的问题。
• 共享内存写入不规范
  父进程写完文件内容后没有在缓冲区末尾追加字符串结束符\0，后续按字符串打印缓冲区时会出现越界读的问题。

修复要点 #

• 将记录写入长度的计数变量存入共享内存，保证三个进程访问同一个计数值
• 调整信号量逻辑：除了1个用于临界区互斥的信号量外，新增2个初始值为0的同步信号量，父进程写完所有内容后再通过信号量通知两个子进程开始读取，避免子进程提前运行
• 将信号量创建权限修改为0666（所有用户可读写），和共享内存权限保持一致
• 父进程写完所有内容后调用wait()等待两个子进程执行完毕，再统一执行共享内存、信号量的删除操作
• 父进程写入完成后在共享缓冲区末尾追加\0结束符
• 为所有系统调用（fopen/shmget/semget/shmat等）增加返回值检查，调用失败时直接打印错误信息并退出

修正后可运行代码 #

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>

// 信号量编号定义
#define SEM_MUTEX 0
#define SEM_CHILD1 1
#define SEM_CHILD2 2

// P操作（获取信号量）
void sem_p(int sem_id, int sem_num) {
    struct sembuf op = {
        .sem_num = sem_num,
        .sem_op = -1,
        .sem_flg = 0
    };
    if (semop(sem_id, &op, 1) == -1) {
        perror("semop P failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

// V操作（释放信号量）
void sem_v(int sem_id, int sem_num) {
    struct sembuf op = {
        .sem_num = sem_num,
        .sem_op = 1,
        .sem_flg = 0
    };
    if (semop(sem_id, &op, 1) == -1) {
        perror("semop V failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

int main() {
    FILE *archivo, *salida1, *salida2;
    char actual;
    
    // 1. 初始化共享内存：512字节缓冲区 + 1个int类型的长度计数器
    key_t claveMC = ftok("UCAB.txt", 5);
    if (claveMC == -1) {
        perror("ftok shm failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int shmid = shmget(claveMC, 512 + sizeof(int), 0666 | IPC_CREAT);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    char *shm_addr = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shm_addr == (void*)-1) {
        perror("shmat failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    char *buffer = shm_addr;
    int *write_len = (int*)(shm_addr + 512); // 共享内存后半段存长度
    *write_len = 0;
    
    // 2. 初始化3个信号量：互斥、子进程1等待、子进程2等待
    key_t claveSem = ftok("UCAB.txt", 7);
    if (claveSem == -1) {
        perror("ftok sem failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int idsem = semget(claveSem, 3, IPC_CREAT | 0666);
    if (idsem == -1) {
        perror("semget failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 设置信号量初始值
    semctl(idsem, SEM_MUTEX, SETVAL, 1);
    semctl(idsem, SEM_CHILD1, SETVAL, 0);
    semctl(idsem, SEM_CHILD2, SETVAL, 0);
        
    // 3. 打开输入文件
    archivo = fopen("UCAB.txt", "r");
    if (archivo == NULL) {
        perror("open input file failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 4. 创建第一个子进程（输出大写）
    pid_t id1 = fork();
    if (id1 == -1) {
        perror("fork 1 failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (id1 == 0) {
        // 子进程1：等父进程写完信号，再转大写输出
        sem_p(idsem, SEM_CHILD1);
        salida1 = fopen("MAYUSCULAS.txt", "w");
        if (salida1 == NULL) {
            perror("open MAYUSCULAS.txt failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        for (int k = 0; k < *write_len; k++) {
            sem_p(idsem, SEM_MUTEX);
            putc(toupper(buffer[k]), salida1);
            sem_v(idsem, SEM_MUTEX);
        }
        fclose(salida1);
        shmdt(shm_addr);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    // 父进程继续创建第二个子进程（输出小写）
    pid_t id2 = fork();
    if (id2 == -1) {
        perror("fork 2 failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (id2 == 0) {
        // 子进程2：等父进程写完信号，再转小写输出
        sem_p(idsem, SEM_CHILD2);
        salida2 = fopen("minusculas.txt", "w");
        if (salida2 == NULL) {
            perror("open minusculas.txt failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        for (int j = 0; j < *write_len; j++) {
            sem_p(idsem, SEM_MUTEX);
            putc(tolower(buffer[j]), salida2);
            sem_v(idsem, SEM_MUTEX);
        }
        fclose(salida2);
        shmdt(shm_addr);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    // 父进程逻辑：读文件写共享内存
    while (((actual = getc(archivo)) != EOF) && (*write_len < 511)) { // 留1字节存\0
        sem_p(idsem, SEM_MUTEX);
        buffer[*write_len] = actual;
        (*write_len)++;
        sem_v(idsem, SEM_MUTEX);
    }
    // 补字符串结束符
    sem_p(idsem, SEM_MUTEX);
    buffer[*write_len] = '\0';
    sem_v(idsem, SEM_MUTEX);
    fclose(archivo);

    // 通知两个子进程可以开始读
    sem_v(idsem, SEM_CHILD1);
    sem_v(idsem, SEM_CHILD2);

    // 等待两个子进程退出
    waitpid(id1, NULL, 0);
    waitpid(id2, NULL, 0);

    // 清理IPC资源
    shmdt(shm_addr);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    semctl(idsem, 0, IPC_RMID);

    return 0;
}

注：运行前需要确保当前目录下存在UCAB.txt输入文件，否则程序会打印文件打开失败的错误信息。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nigu