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

结果

8 评论

  1. 推荐使用pthread_mutex_lock(&mutex)来加锁,判断无法生产或生产已达上限后,应进入循环将线程阻塞,大概为 while(!canProduce() && !produceStop) { pthread_cond_wait(&canProduceCond, &mutex); }
    最近在烤漆,结束后会整理一下。

  2. 如果是在SMP系统上代码不能正常工作。问题在于线程可能运行在不同的core上并行地修改全局变量,所以用于做mutex或者semaphore的变量在修改时必须是RMW(Read modify write),而且操作还应该能返回供判断的结果。所以正确地实现他们需要使用处理器提供的指令。例如:在x86中bts指令加上lock prefix可以实现lock, 它通过设置位并将原值返回到状态位CF中,从而实现了对共享变量的RMW.

      • 抱歉,之前评论时没有全面考虑问题,这段代码在单核处理器上也是有问题的。这里还有一个更重要的问题,就是对信号的操作,操作系统相关的书籍在提及wait和signal时一般都会说它们是”原语”,就是说它们是原子的,要么执行要么不执行,是不能被中断的。但这个例子中对信号量的修改
        while(semaphore 线程A回到就绪队列 -> 线程B观测semaphore值。
        顺便说一下注意点4里的问题,一般操作系统提供的此类函数都以指针作为参数,所以并不需要对每个信号量都设置一个wait和signal函数。

        • 丢失的部分:但这个例子中对信号量的修改while(semaphore 线程A回到就绪队列 -> 线程B观测semaphore值。

  3. 这个列子 生产者while(proCmutex <= 0);这里加多几个生产者还是会发生抢占,覆盖掉前一个写入的缓存区

回复 MkfsSion取消回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注