生产者与消费者问题C语言实现
实验目的
①实现生产者—消费者问题的模拟，以便更好的理解此经典进程同步问题。生产者－消费者问题是典型的PV操作问题，假设系统中有一个比较大的缓冲池，生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中，而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产品。缓冲池被占用时，任何进程都不能访问。
②每一个生产者都要把自己生产的产品放入缓冲池，每个消费者从缓冲池中取走产品消费。在这种情况下，生产者消费者进程同步，因为只有通过互通消息才知道是否能存入产品或者取走产品。他们之间也存在互斥，即生产者消费者必须互斥访问缓冲池，即不能有两个以上的进程同时进行。
实验原理
在同一个进程地址空间内执行两个线程。生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻挡，直到新的物品被生产出来。
生产者流程图
消费者流程图
注意点
①本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的是指是P、V操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。 ②生产者与消费者是一个与现实有关的经验问题，通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。 通过本实验设计，我们对操作系统的P、V进一步的认识，深入的了解P、V操作的实质和其重要性。课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。 ③Linux环境下编写变异C语言有Windows稍有不同，注意在Linux中编译带有线程<pthread.h>头文件的源程序需要加上参数-lpthread 并且如果要在Linux控制台输出中文还得更改为utf-8编码。 ④在编写生产者消费者函数的时候，最好把P、V操作整体嵌入其中，不必在另外设置函数体。否则，如果像： Semaphore mutex=1//此时mutex为全局变量 如果在生产者（消费者）函数体中这样写： Producer() { …… Wait(mutex); …… } 此时根本无法改变全局变量的值，即mutex值没有变。 如果非要用函数，则需要对每个信号量设置一个P函数，一个V函数或者不对mutex设为全局变量。
代码
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <windows.h>
#define N 100
#define true 1
#define producerNum 10
#define consumerNum 5
#define sleepTime 1000
typedef int semaphore;
typedef int item;
item buffer[N] = {0};
int in = 0;
int out = 0;
int proCount = 0;
semaphore mutex = 1, empty = N, full = 0, proCmutex = 1;
void * producer(void * a){
while(true){
while(proCmutex <= 0);
proCmutex--;
proCount++;
printf("生产一个产品ID%d, 缓冲区位置为%d\n",proCount,in);
proCmutex++;
while(empty <= 0){
printf("缓冲区已满！\n");
}
empty--;
while(mutex <= 0);
mutex--;
buffer[in] = proCount;
in = (in + 1) % N;
mutex++;
full++;
Sleep(sleepTime);
}
}
void * consumer(void *b){
while(true){
while(full <= 0){
printf("缓冲区为空！\n");
}
full--;
while(mutex <= 0);
mutex--;
int nextc = buffer[out];
buffer[out] = 0;//消费完将缓冲区设置为0
out = (out + 1) % N;
mutex++;
empty++;
printf("\t\t\t\t消费一个产品ID%d,缓冲区位置为%d\n", nextc,out);
Sleep(sleepTime);
}
}
int main()
{
pthread_t threadPool[producerNum+consumerNum];
int i;
for(i = 0; i < producerNum; i++){
pthread_t temp;
if(pthread_create(&temp, NULL, producer, NULL) == -1){
printf("ERROR, fail to create producer%d\n", i);
exit(1);
}
threadPool[i] = temp;
}//创建生产者进程放入线程池
for(i = 0; i < consumerNum; i++){
pthread_t temp;
if(pthread_create(&temp, NULL, consumer, NULL) == -1){
printf("ERROR, fail to create consumer%d\n", i);
exit(1);
}
threadPool[i+producerNum] = temp;
}//创建消费者进程放入线程池
void * result;
for(i = 0; i < producerNum+consumerNum; i++){
if(pthread_join(threadPool[i], &result) == -1){
printf("fail to recollect\n");
exit(1);
}
}//运行线程池
return 0;
}
结果
腾讯云开发者
