实验四-同步与互斥-Linux实验报告

实验四实验四 同步与互斥同步与互斥 实验目的和要求 1 掌握进程 线程 的同步与互斥 2 掌握生产者消费者问题的实现方法 3 掌握多线程编程方法 实验内容 实现生产者消费者问题 1 有一个仓库 生产者负责生产产品 并放入仓库 消费者会从仓库中拿走产 品 消费 2 仓库中每次只能入一个 生产者或消费者 3 仓库中可存放产品的数量最多 10 个 当仓库放满时 生产者不能再放入产品 4 当仓库空时 消费者不能从中取出产品 5 生产 消费速度不同 实验原理 1 信号量 mutex 提供对缓冲池访问的互斥要求并初始化为 1 信号量 empty 和 full 分别用来表示空缓冲项和满缓冲项的个数 信号量 empty 初始化为 n 信号量 full 初始化为 0 2 定义如下结构及数据 定义缓冲区内的数据类型 typedef int buffer item 缓冲区 buffer item buffer BUFFER SIZE 对缓冲区操作的变量 int in out 信号量 mutex 提供了对缓冲池访问的互斥要求 pthread mutex t mutex 信号量 empty 和 full 分别表示空缓冲顶和满缓冲顶的个数 sem t empty full 可以设定生产者的生产速度及消费者的消费速度 int pro speed con speed 对缓冲区操作的自增函数 define inc k if k BUFFER SIZE k k 1 else k 0 3 并定义了如下实现问题的函数模块 将生产的产品放入缓冲区 int insert item buffer item item 从缓冲区内移走一个产品 int remove item buffer item item 生产者进程 void producer void param 消费者进程 void consumer void param 生产者结构进程 消费者结构进程 程序代码 sx c include include include include include define inc k if k BUFFER SIZE k k 1 else k 0 define BUFFER SIZE 10 缓冲区的大小 typedef int buffer item 定义缓冲区内的数据类型 buffer item buffer BUFFER SIZE 缓冲区 int in out 对缓冲区操作的变量 pthread mutex t mutex 信号量 mutex 提供了对缓冲池访问的互斥要求 sem t empty full 信号量 empty 和 full 分别表示空缓冲顶和满缓冲顶的个数 int pro speed con speed 可以设定生产者的生产速度及消费者的消费速度 int insert item buffer item item 将生产的产品放入缓冲区 buffer in item printf insert 缓冲池第 d 号 n in inc in int remove item buffer item item 从缓冲区内移走一个产品 item buffer out printf remove 缓冲池第 d 号 n out inc out void producer void param 生产者进程 buffer item item int num 0 while 1 sleep rand 16 pro speed printf n 第 d 次生产 n num printf 等待 empty 信号 n sem wait printf 等待解锁 n pthread mutex lock printf 上锁 准备生产 n item rand 1000 1 printf 生产产品 d n item insert item item printf 解锁 n printf 第 d 次生产结束 n n num pthread mutex unlock sem post void consumer void param 消费者进程 buffer item item int num 0 while 1 sleep rand 16 con speed printf n 第 d 次消费 n num printf 等待 full 信号 n sem wait printf 等待解锁 n pthread mutex lock printf 上锁 准备消费 n remove item pthread mutex unlock sem post printf 消费产品 d n item printf 解锁 n printf 第 d 次消费结束 n n num int main 主函数 pthread t tid1 tid2 pthread attr t attr1 attr2 srand time NULL pthread mutex init 初始化 sem init sem init in 0 out 0 printf n printf 开始 n printf n printf 生产者速度 1 15 n scanf d printf 消费者速度 1 15 n scanf d pthread attr init pthread create pthread attr init pthread create sleep 100 printf 程序 over n return 0 实验步骤 编写程序代码 gedit sx c 再对代码进行编译 gcc sx c o sx lpthread 编译无 错误 进行运行 sx 根据提示要求进行填写生产者和消费速度 观察消费者和 生产者进程 实验结果 实验体会 1 Linux 中生成线程方法 第一种方式是用 pthread 库来实现的 是在用户程序本身中实现线程 这 实际上是对线程的一种模拟 线程之间的切换和调度是在用户的进程内部进行 的 这种方式就被称为用户空间的线程 这种线程的好处是实现非常简单 性能也非常好 因为线程之间的切换都 在用户进程内部进行 切换开销比较小 缺点也非常明显 首先就是不能充分 利用高端系统的 SMP 多处理器的优点 因为一个进程只能由一个处理器处理 第二点由于用户空间是在用户空间切换 某个线程遇到一个需要阻塞的系统调 用进而就会造成这个进程被阻塞 因而所有线程被阻塞 第二种方式是通过修改进程的实现方式来完成 可以使用不完全的进程创 建方式创建共享数据空间的进程 在 Linux 下这种系统调用为 clone 2 Ptrtead 生成线程 POSIX thread 简称为 pthread Posix 线程是 POSIX 标准线程该标准定义内部 API 创建和操纵线程 数据类型 pthread t 线程句柄 pthread attr t 线程属性 线程操纵函数 省略参数 pthread create 创建一个线程 pthread exit 终止当前线程 pthread cancel 中断另外一个线程的运行 pthread join 阻塞当前的线程 直到另外一个线程运行结束 pthread attr ini