实验二_生产者消费者问题

1、实验二 生产者-消费者同步问题班级： B08516 姓名： 王益鑫 学号 13 日期： 2010-10-19 1实验目的（1）全面理解生产者与消费者问题模型，掌握解决该问题的算法思想，正确使用同步机制。（2）学习使用Linux线程同步机制解决互斥和同步问题。2实验环境已安装Linux操作系统的微机一台3实验内容问题描述：一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲池，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。假定这些生产者和消费者互相等效，只要缓冲池未满，生产者可将消息送入缓冲池；只要缓冲池未空，消费者可从缓冲池取走一个消息。功能要求：根据进程同步机制，编写一个解决上述问题的程序，可显

2、示缓冲池状态、放数据、取数据等过程。4具体设计要求及有关说明（1）有2个生产者线程，分别为P1、P2；有2个消费者进程，分别是C1、C2；缓冲区单元个数N=15；（2）不同的生产者可生产不同的产品（比如字母、数字、符号）；不同的消费者可有不同的消费方式（比如“显示”、“打印”、“拼接成字符串”、“改变大小写”等）。自己可任意定义。（3）使用Linux线程同步：mutex、condition virable和semaphore完成上述问题。（4）程序源代码和实验结果如下：#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <

3、semaphore.h>sem_t blank_number, product_number;pthread_cond_t full = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_cond_t empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;#define NUM 15 struct P_Queue char productcNUM; int front, rear; int num; ;void *producer1(void *arg) stru

4、ct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) arg; while (1) pthread_mutex_lock(&lock); while (q->num = NUM) pthread_cond_wait(&full, &lock); sem_wait(&blank_number); char c = rand() % 26 + 'a' q->rear = (q->rear + 1) % NUM; q->productcq->rear = c; printf("缓冲池1的产品

5、是：%cn", q->productcq->rear); q->num+; printf("产品数量：%dn", q->num); sem_post(&product_number); if (q->num = 1) pthread_cond_signal(&empty); pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); void *producer2(void *arg) struct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) arg

6、; while (1) pthread_mutex_lock(&lock); while (q->num = NUM) pthread_cond_wait(&full, &lock); sem_wait(&blank_number); char c = rand() % 26 + 'A' q->rear = (q->rear + 1) % NUM; q->productcq->rear = c; printf("缓冲池2的产品是：%cn", q->productcq->rear); q

7、->num+; printf("产品数量：%dn", q->num); sem_post(&product_number); if (q->num = 1) pthread_cond_signal(&empty); pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); void *consumer1(void *arg) struct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) arg; while (1) pthread_mutex_lock(&lock)

8、; while (q->num = 0) pthread_cond_wait(&empty, &lock); sem_wait(&product_number); q->front = (q->front + 1) % NUM; char c = q->productcq->front; q->productcq->front = ' ' q->num-; printf("消费者1显示内容： %cn", c); printf("产品数量：%dn", q->num

9、); sem_post(&blank_number); if (q->num = NUM - 1) pthread_cond_signal(&full); pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); void *consumer2(void *arg) struct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) arg; while (1) pthread_mutex_lock(&lock); while (q->num = 0) pthread_cond_wait(&

10、;empty, &lock); sem_wait(&product_number); q->front = (q->front + 1) % NUM; char c = q->productcq->front; char d = 0; if(c>=65 && c<=90) d = c+32; else d = c-32; q->productcq->front = ' ' q->num-; printf("消费者2更改大小写：%c-%cn", c,d); printf(&q

11、uot;产品数量：%dn", q->num); sem_post(&blank_number); if (q->num = NUM - 1) pthread_cond_signal(&full); pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); int main(int argc, char *argv) struct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) malloc(sizeof(struct P_Queue); q->front = q->rear =

12、 NUM - 1; q->num = 0; pthread_t pid1, cid1, pid2, cid2; sem_init(&blank_number, 0, NUM); sem_init(&product_number, 0, 0); pthread_create(&pid1, NULL, producer1, (void *) q); pthread_create(&cid1, NULL, consumer1, (void *) q); pthread_create(&pid2, NULL, producer2, (void *) q);

13、 pthread_create(&cid2, NULL, consumer2, (void *) q); pthread_join(pid1, NULL); pthread_join(cid1, NULL); pthread_join(pid2, NULL); pthread_join(cid2, NULL); sem_destroy(&blank_number); sem_destroy(&product_number);程序运行结果如下：图1-1 运行结果5实验总结1. 写出Linux系统中线程同步实现机制有哪些？怎样使用？Linux系统中线程同步实现机制通过对互斥

14、变量Mutex、信号灯Semophore、条件变量Conditions的设置实现线程的同步。(1) 互斥变量（Mutex）互斥变量的类型为pthread_mutex_t。可以声明多个互斥量。在声明该变量后，你需要调用pthread_mutex_init()来创建该变量。pthread_mutex_init的格式如下： int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex-attr_t *mutexattr); 第一个参数mutext，也就是你之前声明的那个互斥量，第二个参数为该互斥量的属性。在创建该互斥量之后，你便

15、可以使用它了。要得到互斥量，你需要调用下面的函数： int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);该函数用来给互斥量上锁，也就是等待操作。互斥量一旦被上锁后，其他线程如果想给该互斥量上锁，那么就会阻塞在这个操作上。如果在此之前该互斥量已经被其他线程上锁，那么该操作将会一直阻塞在这个地方，直到获得该锁为止。在得到互斥量后，就可以进入关键代码区了。同样，在操作完成后，你必须调用int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);函数来给互斥量解锁，也就是释放。这样其他等待该锁的线程才有机会获得该锁，否则其

16、他线程将会永远阻塞。（2）信号灯机制（Semaphore）信号灯其实就是一个计数器，也是一个整数。每一次调用wait操作将会使semaphore值减一，而如果semaphore值已经为0，则wait操作将会阻塞。每一次调用post操作将会使semaphore值加一。生产者线程在每次往缓冲池中添加产品后调用post操作，信号灯值会加一。这样阻塞的工作线程就会停止阻塞，继续往下执行。信号灯的类型为sem_t。在声明后必须调用sem_init()。需要传递两个参数，第一个参数就是你之前声明的sem_t变量，第二个必须为0。当你不再需要信号灯时，你必须调用sem_destroy()来释放资源。等待信号

17、灯的操作为sem_wait()。和互斥量一样，等待信号灯也有一个非阻塞的操作，sem_trywait()。该操作在没有信号灯的时候返回EAGAIN。（3）条件变量（Conditions）如果现在在等待一个信号。如果该信号被设置，则继续运行。如果没有条件变量，它将会不停的去查询该信号是否被设置，这样就会浪费大量的处理机。而通过使用条件变量，我们就可以将等待信号的线程阻塞，直到有信号的时候再去唤醒它。条件变量的类型是pthread_cond_t。a.声明pthread_cond_t变量后，调用pthread_cond_init()函数，第一个参数为之前声明的变量。第二个参数在Linux中不起作用。b.声明一个pthread_mutex_t变量，并调用pthread_mutex_init()初始化。c.调用pthread_cond_signal()发出信号。如果此时有线程在等待该信号，那么该线程将会唤醒。如果没有，该信号就会别忽略。d.如果想唤醒所有等待该信号的线程，调用p