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在linux下用c语言实现用多进程同步方法演示“生产者-消费者”问题

计算机网络试题 • 2023-4-24 • 系统运维 • 阅读 4

在linux下用c语言实现用多进程同步方法演示“生产者-消费者”问题,第1张

这个问题需要的知识主要包括：

1 多进程间进行通信；

2 使用同步信号量（semaphore）和互斥信号量（mutex）进行数据保护。

参考代码如下，可以参照注释辅助理解：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <pthread.h>

#include <semaphore.h>

#define N 2   // 消费者或者生产者的数目

#define M 10 // 缓冲数目

int in = 0   // 生产者放置产品的位置

int out = 0 // 消费者取产品的位置

int buff[M] = {0} // 缓冲初始化为0， 开始时没有产品

sem_t empty_sem // 同步信号量， 当满了时阻止生产者放产品

sem_t full_sem   // 同步信号量， 当没产品时阻止消费者消费

pthread_mutex_t mutex // 互斥信号量， 一次只有一个线程访问缓冲

int product_id = 0   //生产者id

int prochase_id = 0 //消费者id

/* 打印缓冲情况 */

void print()

{

int i

for(i = 0 i < M i++)

   printf("%d ", buff[i])

printf("\n")

}

/* 生产者方法 */ 

void *product()

{

int id = ++product_id

while(1)

{

   // 用sleep的数量可以调节生产和消费的速度，便于观察

   sleep(1)

   //sleep(1)

  

   sem_wait(&empty_sem)

   pthread_mutex_lock(&mutex)

  

   in = in % M

   printf("product%d in %d. like: \t", id, in)

  

   buff[in] = 1  

   print()  

   ++in

  

   pthread_mutex_unlock(&mutex)

   sem_post(&full_sem)  

}

}

/* 消费者方法 */

void *prochase()

{

int id = ++prochase_id

while(1)

{

   // 用sleep的数量可以调节生产和消费的速度，便于观察

   sleep(1)

//sleep(1)

  

   sem_wait(&full_sem)

   pthread_mutex_lock(&mutex)

  

   out = out % M

   printf("prochase%d in %d. like: \t", id, out)

  

   buff[out] = 0

   print()

   ++out

  

   pthread_mutex_unlock(&mutex)

   sem_post(&empty_sem)

}

}

int main()

{

pthread_t id1[N]

pthread_t id2[N]

int i

int ret[N]

// 初始化同步信号量

int ini1 = sem_init(&empty_sem, 0, M) 

int ini2 = sem_init(&full_sem, 0, 0)  

if(ini1 && ini2 != 0)

{

   printf("sem init failed \n")

   exit(1)

} 

//初始化互斥信号量 

int ini3 = pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

if(ini3 != 0)

{

   printf("mutex init failed \n")

   exit(1)

} 

// 创建N个生产者线程

for(i = 0 i < N i++)

{

   ret[i] = pthread_create(&id1[i], NULL, product, (void *)(&i))

   if(ret[i] != 0)

   {

    printf("product%d creation failed \n", i)

    exit(1)

   }

}

//创建N个消费者线程

for(i = 0 i < N i++)

{

   ret[i] = pthread_create(&id2[i], NULL, prochase, NULL)

   if(ret[i] != 0)

   {

    printf("prochase%d creation failed \n", i)

    exit(1)

   }

}

//销毁线程

for(i = 0 i < N i++)

{

   pthread_join(id1[i],NULL)

   pthread_join(id2[i],NULL)

}

exit(0) 

}

在Linux下编译的时候，要在编译命令中加入选项-lpthread以包含多线程支持。比如存储的C文件为demo.c,要生成的可执行文件为demo。可以使用命令：

gcc demo.c -o demo -lpthread

程序中为便于观察，使用了sleep(1)来暂停运行，所以查看输出的时候可以看到，输出是每秒打印一次的。

＃i nclude<stdio.h>

＃i nclude<iostream.h>

＃i nclude<windows.h>

#define BufferSize 15

char Buffer[BufferSize]

int head,tail=0//Buffer数组下标

int count//被使用的缓冲区数量

HANDLE hMutex

HANDLE hNotFullEvent, hNotEmptyEvent//用来同步生产者和消费者线程

////////缓冲区存储情况

display(char a[15])

{

int i

cout<<"缓冲区存储情况为:"<<endl

for (i=14i>=0i--){

cout<<"\t|----"<<a<<"----|"<<endl

}

}

//p1

void p1_Producer()

{

int i

char ch

char p1[]={'a','A','b','B','c','C','D','d','E','e'}

if(tail<15){

for(i=0i<10i++){

while(1) {

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)

if(count==BufferSize){ //缓冲区满

ReleaseMutex(hMutex)

//等待直到缓冲区非满

WaitForSingleObject(hNotFullEvent,INFINITE)

continue

}

//得到互斥锁且缓冲区非满,跳出while循环

break

}

if (tail>14){

cout<<"缓冲区已满，不能再存入数据！"<<endl

ReleaseMutex(hMutex)//结束临界区

PulseEvent(hNotEmptyEvent)//唤醒消费者线程

}

else{

//得到互斥锁且缓冲区非满,开始产生新数据

cout<<"Producer p1:\t"<<p1<<endl

Buffer[tail]=p1

//tail=(tail+1)%BufferSize///存放于缓冲区的位置

display(Buffer)

tail++

count++

cout<<"按ENTER继续...."<<endl

ch=getchar()

ReleaseMutex(hMutex)//结束临界区

PulseEvent(hNotEmptyEvent)//唤醒消费者线程

}

}

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////

//p2

void p2_Producer()

{

int i

char ch

char p2[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'}

if(tail<15){

for(i=0i<10i++){

while(1) {

ch=getchar()

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)

if(count==BufferSize){ // 缓冲区满

ReleaseMutex(hMutex)

// 等待直到缓冲区非满

WaitForSingleObject(hNotFullEvent,INFINITE)

continue

}

// 得到互斥锁且缓冲区非满,跳出while循环

break

}

if (tail>14){

cout<<"缓冲区已满，不能再存入数据！程序结束！"<<endl

ReleaseMutex(hMutex)//结束临界区

PulseEvent(hNotEmptyEvent)//唤醒消费者线程

}

else{

// 得到互斥锁且缓冲区非满,开始产生新数据

cout<<"Producer p2:\t"<<p2<<endl

Buffer[tail]=p2

//tail=(tail+1)%BufferSize

display(Buffer)

tail++

count++

cout<<"按ENTER继续...."<<endl

ch=getchar()

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

PulseEvent(hNotEmptyEvent)// 唤醒消费者线程

}

}

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////

//p3

void p3_Producer()

{

int i

char ch

char p3[]={'!','#','$','%','&','*','+','-','.','/'}

if(tail<15){

for(i=0i<10i++){

while(1) {

ch=getchar()

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)

if(count==BufferSize){ // 缓冲区满

ReleaseMutex(hMutex)

// 等待直到缓冲区非满

WaitForSingleObject(hNotFullEvent,INFINITE)

continue

}

// 得到互斥锁且缓冲区非满,跳出while循环

break

}

if (tail>14){

cout<<"缓冲区已满，不能再存入数据！程序结束！"<<endl

ReleaseMutex(hMutex)//结束临界区

PulseEvent(hNotEmptyEvent)//唤醒消费者线程

}

else{

// 得到互斥锁且缓冲区非满,开始产生新数据

cout<<"Producer p3:\t"<<p3<<endl

Buffer[tail]=p3

//tail=(tail+1)%BufferSize

display(Buffer)

tail++

count++

cout<<"按ENTER继续...."<<endl

ch=getchar()

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

PulseEvent(hNotEmptyEvent)// 唤醒消费者线程

}

}

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////

//c1

void c1_Consumer()

{

int i,j,k

char result,ch

while(1){

ch=getchar()

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)

if(count==0){ // 没有可以处理的数据

ReleaseMutex(hMutex)// 释放互斥锁且等待

// 等待直到缓冲区非空

WaitForSingleObject(hNotEmptyEvent,INFINITE)

}

else {if(Buffer[head]==0) {

cout<<"Consumer 0: 缓冲区的数据已全消费过一次，消费完毕！"<<endl

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

ExitThread(0)

}

else { // 获得互斥锁且缓冲区有数据,开始处理

result=Buffer[head]

if(result>64&&result<70){

result=result+32

cout<<"Consumer c1:(大写－>小写)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'// '^'表示数据已被消费

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)

}

if(result>96&&result<102){

result=result-32

cout<<"Consumer c1:(小写－>大写)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)

}

if(result>47&&result<58){

cout<<"Consumer c1:(显示字符)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)}

if(result>32&&result<48){

cout<<"Consumer c1:(用符号打印出菱形) "<<endl

for(i=1i<=(9+1)/2i++)

{

for(j=1j<=40-ij++)

cout<<" "

for(k=1k<=2*i-1k++)

cout<<result

cout<<endl

}

for(i=1i<=9/2i++)

{

for(j=1j<=40-(9+1)/2+ij++)

cout<<" "

for(k=1k<=9-2*ik++)

cout<<result

cout<<endl

}

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)

}

head=(head+1)%BufferSize

count--

cout<<"按ENTER继续...."<<endl

ch=getchar()

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

PulseEvent(hNotFullEvent)// 唤醒生产者线程

}

}

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////

//c2

void c2_Consumer()

{

int i,j,k

char result,ch

while(1){

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)

if(count==0){ // 没有可以处理的数据

ReleaseMutex(hMutex)// 释放互斥锁且等待

// 等待直到缓冲区非空

WaitForSingleObject(hNotEmptyEvent,INFINITE)

}

else {if(Buffer[head]==0) {

cout<<"Consumer 0:缓冲区的数据已全消费过一次，消费完毕！"<<endl

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

ExitThread(0)

}

else { // 获得互斥锁且缓冲区有数据,开始处理

result=Buffer[head]

if(result>64&&result<90){

result=result+32

cout<<"Consumer c2:(大写－>小写)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)

}

if(result>96&&result<102){

result=result-32

cout<<"Consumer c2:(小写－>大写)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)}

if(result>47&&result<58){

cout<<"Consumed c2:(显示字符)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)}

if(result>32&&result<48){

cout<<"Consumer c2:(用符号打印出菱形) "<<endl

for(i=1i<=(9+1)/2i++)

{

for(j=1j<=40-ij++)

cout<<" "

for(k=1k<=2*i-1k++)

cout<<result

cout<<endl

}

for(i=1i<=9/2i++)

{

for(j=1j<=40-(9+1)/2+ij++)

cout<<" "

for(k=1k<=9-2*ik++)

cout<<result

cout<<endl

}

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)

}

head=(head+1)%BufferSize

count--

cout<<"按ENTER继续...."<<endl

ch=getchar()

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

PulseEvent(hNotFullEvent)// 唤醒生产者线程

}

}

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////

//c3

void c3_Consumer()

{

int i,j,k

char result,ch

while(1){

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)

if(count==0){ // 没有可以处理的数据

ReleaseMutex(hMutex)// 释放互斥锁且等待

// 等待直到缓冲区非空

WaitForSingleObject(hNotEmptyEvent,INFINITE)

}

else {if(Buffer[head]==0) {

cout<<"Consumer 0: 缓冲区的数据已全消费过一次，消费完毕！"<<endl

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

ExitThread(0)

}

else { // 获得互斥锁且缓冲区有数据,开始处理

result=Buffer[head]

if(result>64&&result<70){

result=result+32

cout<<"Consumer c3:(大写－>小写)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)}

if(result>96&&result<102){

result=result-32

cout<<"Consumer c3:(小写－>大写)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)}

if(result>47&&result<58){

cout<<"Consumer c1:(显示字符)\t "<<result<<endl

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)

}

if(result>32&&result<48){

cout<<"Consumer c3:(用符号打印出菱形) "<<endl

for(i=1i<=(7+1)/2i++)

{

for(j=1j<=40-ij++)

cout<<" "

for(k=1k<=2*i-1k++)

cout<<result

cout<<endl

}

for(i=1i<=7/2i++)

{

for(j=1j<=40-(7+1)/2+ij++)

cout<<" "

for(k=1k<=7-2*ik++)

cout<<result

cout<<endl

}

Buffer[head]='^'

cout<<"'^'表示数据已被消费"<<endl

display(Buffer)

}

head=(head+1)%BufferSize

count--

cout<<"按ENTER继续...."<<endl

ch=getchar()

ReleaseMutex(hMutex)// 结束临界区

PulseEvent(hNotFullEvent)// 唤醒生产者线程

}

}

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////

//主函数

void main()

{

HANDLE hThreadVector[6]

DWORD ThreadID

count = 0

head = 0

tail = 0

hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL)

hNotFullEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL)

hNotEmptyEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL)

hThreadVector[0]=CreateThread (NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) p1_Producer,NULL, 0, (LPDWORD)&ThreadID)

hThreadVector[1]=CreateThread (NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) c1_Consumer,NULL, 0, (LPDWORD)&ThreadID)

hThreadVector[3]=CreateThread (NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) p2_Producer,NULL, 0, (LPDWORD)&ThreadID)

hThreadVector[4]=CreateThread (NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) c2_Consumer,NULL, 0, (LPDWORD)&ThreadID)

hThreadVector[5]=CreateThread (NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) p3_Producer,NULL, 0, (LPDWORD)&ThreadID)

hThreadVector[5]=CreateThread (NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) c3_Consumer,NULL, 0, (LPDWORD)&ThreadID)

WaitForMultipleObjects(2,hThreadVector,TRUE,INFINITE)

//cout<<"**********************Finish*************************"<<endl

}

我最近也在学 *** 作系统,PV好麻烦的

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原文地址: http://outofmemory.cn/yw/9025106.html

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