C++实现生产者消费者模式时生产者连续打印3次异常排查

异常原因 #

• 信号量创建参数错误：代码中sem_id = semget(IPC_PRIVATE, m, 0600);第二个参数传入的是生产者数量m，但实际使用了3个信号量（互斥锁PISI、空槽位PUN、满槽位PRAZAN），如果生产者数量小于3，会导致信号量访问越界，信号量控制逻辑完全失效。
• 临界区内放置sleep阻塞逻辑：生产者拿到互斥锁PISI完成数据写入后，在临界区内执行sleep(1)，占用锁的期间其他进程无法操作缓冲区，释放锁后如果当前生产者再次抢到锁，就会出现连续发送的情况。
• 消费者消费逻辑延迟：消费者在申请满槽位信号量PRAZAN前先执行sleep(1)，导致消费速度远慢于生产速度，长度为5的缓冲区很快被生产者填满，自然会出现多个连续的生产者发送日志。
• 总数据量计算错误：main函数中初始化完共享内存后执行了m++（用于适配fork消费者+生产者的总进程数），但消费者循环判断条件i < n*m用了自增后的m，导致消费者预期接收的总数据量比实际多，同时子进程执行完业务逻辑后没有主动退出，会产生多余进程干扰正常输出。

修复方案 #

1. 修正信号量创建参数：将semget的第二个参数固定为3，保证3个信号量都能正常初始化：

sem_id = semget(IPC_PRIVATE, 3, 0600);

2. 调整sleep的位置到临界区外：生产者释放完所有信号量后再执行sleep，消费者申请信号量前不要sleep，消费完成释放信号量后再sleep，保证生产消费速度匹配。
   修改后生产者核心逻辑：

do
{
    ispitaj(PUN);
    ispitaj(PISI);
    medo->meduspremnik[medo->ULAZ] = rand() % 1000;
    cout << "Proizvodac " << neka << " salje: " << "''" << medo->meduspremnik[medo->ULAZ] << "''" << endl;
    medo->ULAZ = (medo->ULAZ + 1) % 5;
    postavi(PISI);
    postavi(PRAZAN);
    sleep(1); // sleep移到临界区外
    i = i + 1;
}while(i < n);

修改后消费者核心逻辑：

do
{
    ispitaj(PRAZAN); // 去掉开头的sleep，直接申请信号量
    cout << "Potrosac prima " << medo->meduspremnik[medo->IZLAZ] << "." << endl;
    zbroj += medo->meduspremnik[medo->IZLAZ];
    medo->IZLAZ = (medo->IZLAZ+1) % 5;
    postavi(PUN);
    sleep(1); // 消费完成后再加sleep
    i = i+1;
}while (i < n * m);

3. 单独存储总进程数，不要修改原始生产者数量m，同时子进程执行完逻辑后主动退出：

int m = atoi(argv[1]); // 原始生产者数量，后续不再修改
int n = atoi(argv[2]);
int process_cnt = m + 1; // 总进程数=生产者数+1个消费者
// 省略共享内存、信号量初始化逻辑
for(int i = 0; i < process_cnt; i++)
{
    switch(fork())
    {
        case 0:
            if(i == 0)
            {
                potrosac();
            }
            else
            {
                proizvodac(i);
            }
            exit(0); // 子进程执行完直接退出，避免执行后续逻辑
        case -1:
            perror("fork error");
            exit(1);
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Exch