實驗8-多線程“生產(chǎn)者消費者”實驗(共8頁)

1、實驗8 多線程“生產(chǎn)者消費者”實驗學(xué)生姓名： 李亞軍 學(xué) 號： 6100412196 專業(yè)班級： 卓越計科121班 1實驗?zāi)康摹吧a(chǎn)者消費者”問題是一個著名的同時性編程問題的集合。通過學(xué)習(xí)經(jīng)典的“生產(chǎn)者消費者”問題的實驗，讀者可以進一步熟悉Linux中的多線程編程，并且掌握用信號量處理線程間的同步和互斥問題。2實驗內(nèi)容“生產(chǎn)者消費者”問題描述如下。有一個有限緩沖區(qū)和兩個線程：生產(chǎn)者和消費者。他們分別不停地把產(chǎn)品放入緩沖區(qū)和從緩沖區(qū)中拿走產(chǎn)品。一個生產(chǎn)者在緩沖區(qū)滿的時候必須等待，一個消費者在緩沖區(qū)空的時候也必須等待。另外，因為緩沖區(qū)是臨界資源，所以生產(chǎn)者和消費者之間必須互斥執(zhí)行。它們之間的關(guān)系如

2、圖1所示。圖1 生產(chǎn)者消費者問題描述這里要求使用有名管道（將在下一章介紹，可提前了解）來模擬有限緩沖區(qū)，并且使用信號量來解決“生產(chǎn)者消費者”問題中的同步和互斥問題。3實驗步驟（1）信號量的考慮。這里使用3個信號量，其中兩個信號量avail和full分別用于解決生產(chǎn)者和消費者線程之間的同步問題，mutex是用于這兩個線程之間的互斥問題。其中avail表示有界緩沖區(qū)中的空單元數(shù)，初始值為N；full表示有界緩沖區(qū)中非空單元數(shù)，初始值為0；mutex是互斥信號量，初始值為1。（2）畫出流程圖。本實驗流程圖如圖2所示。圖2 “生產(chǎn)者消費者”實驗流程圖（3）編寫代碼本實驗的代碼中采用的有界緩沖區(qū)擁有3個

3、單元，每個單元為5個字節(jié)。為了盡量體現(xiàn)每個信號量的意義，在程序中生產(chǎn)過程和消費過程是隨機（采取05s的隨機時間間隔）進行的，而且生產(chǎn)者的速度比消費者的速度平均快兩倍左右（這種關(guān)系可以相反）。生產(chǎn)者一次生產(chǎn)一個單元的產(chǎn)品（放入“hello”字符串），消費者一次消費一個單元的產(chǎn)品。/*producer-customer.c*/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <pthread.h>#include <e

4、rrno.h>#include <semaphore.h>#include <sys/ipc.h>#define MYFIFO "myfifo" /* 緩沖區(qū)有名管道的名字 */#define BUFFER_SIZE 3 /* 緩沖區(qū)的單元數(shù) */#define UNIT_SIZE 5 /* 每個單元的大小 */#define RUN_TIME 30 /* 運行時間 */#define DELAY_TIME_LEVELS 5.0 /* 周期的最大值 */int fd;time_t end_time;sem_t mutex, full, avai

5、l; /* 3個信號量 */*生產(chǎn)者線程*/void *producer(void *arg) int real_write; int delay_time = 0; while(time(NULL) < end_time) delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX) / 2.0) + 1; sleep(delay_time); /*P操作信號量avail和mutex*/ sem_wait(&avail); sem_wait(&mutex); printf("nProducer: delay

6、= %dn", delay_time); /*生產(chǎn)者寫入數(shù)據(jù)*/ if (real_write = write(fd, "hello", UNIT_SIZE) = -1) if(errno = EAGAIN) printf("The FIFO has not been read yet.Please try latern"); else printf("Write %d to the FIFOn", real_write); /*V操作信號量full和mutex*/ sem_post(&full); sem_post

7、(&mutex); pthread_exit(NULL);/* 消費者線程*/void *customer(void *arg) unsigned char read_bufferUNIT_SIZE; int real_read; int delay_time; while(time(NULL) < end_time) delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX) + 1; sleep(delay_time); /*P操作信號量full和mutex*/ sem_wait(&full); sem_wait(

8、&mutex); memset(read_buffer, 0, UNIT_SIZE); printf("nCustomer: delay = %dn", delay_time); if (real_read = read(fd, read_buffer, UNIT_SIZE) = -1) if (errno = EAGAIN) printf("No data yetn"); printf("Read %s from FIFOn", read_buffer); /*V操作信號量avail和mutex*/ sem_post(&am

9、p;avail); sem_post(&mutex); pthread_exit(NULL);int main() pthread_t thrd_prd_id,thrd_cst_id; pthread_t mon_th_id; int ret; srand(time(NULL); end_time = time(NULL) + RUN_TIME; /*創(chuàng)建有名管道*/ if(mkfifo(MYFIFO, O_CREAT|O_EXCL) < 0) && (errno != EEXIST) printf("Cannot create fifon")

10、; return errno; /*打開管道*/ fd = open(MYFIFO, O_RDWR); if (fd = -1) printf("Open fifo errorn"); return fd; /*初始化互斥信號量為1*/ ret = sem_init(&mutex, 0, 1); /*初始化avail信號量為N*/ ret += sem_init(&avail, 0, BUFFER_SIZE); /*初始化full信號量為0*/ ret += sem_init(&full, 0, 0); if (ret != 0) printf(&q

11、uot;Any semaphore initialization failedn"); return ret; /*創(chuàng)建兩個線程*/ ret = pthread_create(&thrd_prd_id, NULL, producer, NULL); if (ret != 0) printf("Create producer thread errorn"); return ret; ret = pthread_create(&thrd_cst_id, NULL, customer, NULL); if(ret != 0) printf("Create customer thread errorn"); return ret; pthread_join(thrd_prd_id, NULL)