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多线程编程之:实验内容——“生产者消费者”实验

作者:时间:2014-10-17来源:网络收藏

  9.3 实验内容——“生产者消费者”实验

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/264054.htm

  1.实验目的

  “生产者消费者”问题是一个著名的同时性编程问题的集合。通过学习经典的“生产者消费者”问题的实验,读者可以进一步熟悉中的编程,并且掌握用信号量处理线程间的同步和互斥问题。

  2.实验内容

  “生产者—消费者”问题描述如下。

  有一个有限缓冲区和两个线程:生产者和消费者。他们分别不停地把产品放入缓冲区和从缓冲区中拿走产品。一个生产者在缓冲区满的时候必须等待,一个消费者在缓冲区空的时候也必须等待。另外,因为缓冲区是临界资源,所以生产者和消费者之间必须互斥执行。它们之间的关系如图9.4所示。



  图9.4 生产者消费者问题描述

  这里要求使用有名管道来模拟有限缓冲区,并且使用信号量来解决“生产者—消费者”问题中的同步和互斥问题。

  3.实验步骤

  (1)信号量的考虑。

  这里使用3个信号量,其中两个信号量avail和full分别用于解决生产者和消费者线程之间的同步问题,mutex是用于这两个线程之间的互斥问题。其中avail表示有界缓冲区中的空单元数,初始值为N;full表示有界缓冲区中非空单元数,初始值为0;mutex是互斥信号量,初始值为1。

  (2)画出

  本实验如图9.5所示。



  图9.5 “生产者—消费者”实验

  (3)编写代码

  本实验的代码中采用的有界缓冲区拥有3个单元,每个单元为5个字节。为了尽量体现每个信号量的意义,在程序中生产过程和消费过程是随机(采取0~5s的随机时间间隔)进行的,而且生产者的速度比消费者的速度平均快两倍左右(这种关系可以相反)。生产者一次生产一个单元的产品(放入“hello”字符串),消费者一次消费一个单元的产品。

  /*producer-customer.c*/

  #include

  #include

  #include

  #include

  #include

  #include

  #include

  #include

  #define MYFIFO "myfifo" /* 缓冲区有名管道的名字 */

  #define BUFFER_SIZE 3 /* 缓冲区的单元数 */

  #define UNIT_SIZE 5 /* 每个单元的大小 */

  #define RUN_TIME 30 /* 运行时间 */

  #define DELAY_TIME_LEVELS 5.0 /* 周期的最大值 */

  int fd;

  time_t end_time;

  sem_t mutex, full, avail; /* 3个信号量 */

  /*生产者线程*/

  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操作信号量avail和mutex*/

  sem_wait(&avail);

  sem_wait(&mutex);

  printf("\nProducer: delay = %d\n", delay_time);

  /*生产者写入数据*/

  if ((real_write = write(fd, "hello", UNIT_SIZE)) == -1)

  {

  if(errno == EAGAIN)

  {

  printf("The FIFO has not been read yet.Please try later\n");

  }

  }

  else

  {

  printf("Write %d to the FIFO\n", real_write);

  }

  /*V操作信号量full和mutex*/

  sem_post(&full);

  sem_post(&mutex);

  }

  pthread_exit(NULL);

  }

  /* 消费者线程*/

  void *customer(void *arg)

  {

  unsigned char read_buffer[UNIT_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操作信号量full和mutex*/

  sem_wait(&full);

  sem_wait(&mutex);

  memset(read_buffer, 0, UNIT_SIZE);

  printf("\nCustomer: delay = %d\n", delay_time);

  if ((real_read = read(fd, read_buffer, UNIT_SIZE)) == -1)

  {

  if (errno == EAGAIN)

  {

  printf("No data yet\n");

  }

  }

  printf("Read %s from FIFO\n", read_buffer);

  /*V操作信号量avail和mutex*/

  sem_post(&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;

  /*创建有名管道*/

  if((mkfifo(MYFIFO, O_CREAT|O_EXCL) < 0) && (errno != EEXIST))

  {

  printf("Cannot create fifo\n");

  return errno;

  }

  /*打开管道*/

  fd = open(MYFIFO, O_RDWR);

  if (fd == -1)

  {

  printf("Open fifo error\n");

  return fd;

  }

  /*初始化互斥信号量为1*/

  ret = sem_init(&mutex, 0, 1);

  /*初始化avail信号量为N*/

  ret += sem_init(&avail, 0, BUFFER_SIZE);

  /*初始化full信号量为0*/

  ret += sem_init(&full, 0, 0);

  if (ret != 0)

  {

  printf("Any semaphore initialization failed\n");

  return ret;

  }

  /*创建两个线程*/

  ret = pthread_create(&thrd_prd_id, NULL, producer, NULL);

  if (ret != 0)

  {

  printf("Create producer thread error\n");

  return ret;

  }

  ret = pthread_create(&thrd_cst_id, NULL, customer, NULL);

  if(ret != 0)

  {

  printf("Create customer thread error\n");

  return ret;

  }

  pthread_join(thrd_prd_id, NULL);

  pthread_join(thrd_cst_id, NULL);

  close(fd);

  unlink(MYFIFO);

  return 0;

  }

  4.实验结果

  运行该程序,得到如下结果:

  $ ./producer_customer

  ……

  Producer: delay = 3

  Write 5 to the FIFO

  Customer: delay = 3

  Read hello from FIFO

  Producer: delay = 1

  Write 5 to the FIFO

  Producer: delay = 2

  Write 5 to the FIFO

  Customer: delay = 4

  Read hello from FIFO

  Customer: delay = 1

  Read hello from FIFO

  Producer: delay = 2

  Write 5 to the FIFO

  ……

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关键词: 多线程 Linux 流程图

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