信号量实现生产者消费者问题

生产者——消费者问题一、实验目的通过实验，掌握Windows和Linux环境下互斥锁和信号量的实现方法，加深对临界区问题和进程同步机制的理解，同时巩固利用WindowsAPI和PthreadAPI进行多线程编程的方法。二、实验内容1.在Windows操作系统上，利用Win32API提供的信号量机制，编写应用程序实现生产者——消费者问题。2.在Linux操作系统上，利用PthreadAPI提供的信号量机制，编写应用程序实现生产者——消费者问题。3.两种环境下，生产者和消费者均作为独立线程，并通过empty、full、mutex三个信号量实现对缓冲进行插入与删除。4.通过打印缓冲区中的内容至屏幕，来验证应用程序的正确性。三、实验步骤㈠设计思路①声明三个信号量，互斥信号量mutex，计数信号量empty初始化值100，技术信号量full初始化值0，并声明一个缓冲区char类型的buffer数组，大小为10，初始值为N。②produce利用信号量形成对buffer临界生产，添加一个元素进去，赋值为A。consume利用信号量形成对buffer临界消费，从buffer中拿出来一个元素，并将buffer中原来元素赋为B。每访问一次临界区，就输出buffer值。③创建多线程，其中5个生产者，和5个消费者，每个线程最多操作缓冲区10次。㈡流程图四、主要数据结构及其说明声明一个char类型的数组buffer，大小为10，用来做生产者和消费者共同访问的共享变量，可视做临界区。五、程序运行时的初值和运行结果Win32下开始申明3个信号量，mutex，empty，full创建线程分别做生产者和消费者访问临界区，并输出缓冲区的值结束Linux下六、实验体会本实验总体感觉不是很难，就是将用信号量解决生产者消费者问题用具体的代码实现。主要的工作就是分别在Win32和Pthread下用不同的函数名来实现P操作和V操作。还有就是如何验证程序的正确性，就是通过没执行一次操作就输出缓冲区buffer值来判断是否符合要求。七、源程序并附上注释Win32下#includeIOSTREAM.h#includeSTDIO.H#includewindows.hHANDLEEmpty,full,mutex;//声明3个信号量，互斥信号量mutex，计数信号量full和Emptyintx=0;inty=0;char*buffer;//缓冲区buffer//输出buffervoidoutput(){for(inti=0;i10;i++){coutbuffer[i];}cout\n;}DWORDWINAPIproduce(LPVOIDparam){intj=0;do{WaitForSingleObject(Empty,INFINITE);//buffer空余量减一WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);//形成互斥，只能一个线程去生产coutGetCurrentThreadId()^^^^^j^^^^^;//输出当前线程的id号，和执行的次数buffer[(y++%10)]='A';//生产赋值为Aoutput();//输出bufferj++;ReleaseSemaphore(mutex,1,NULL);//取消互斥，允许其他线程生产ReleaseSemaphore(full,1,NULL);//可以消费量加1}while(j!=10);//每个线程生产10次return0;}DWORDWINAPIconsume(LPVOIDparam){intj=0;do{WaitForSingleObject(full,INFINITE);//将可以消费量减1WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);//形成互斥访问，自能一个线程可以访问。coutGetCurrentThreadId()*****j*****;buffer[x++%10]='B';//消费时，赋值为Boutput();//输出bufferj++;ReleaseSemaphore(mutex,1,NULL);//取消互斥，允许其他线程消费ReleaseSemaphore(Empty,1,NULL);//buffer空余量加1}while(j!=10);//每个线程可以消费10次return0;}intmain(){inti;Empty=CreateSemaphore(NULL,10,10,NULL);//声明计数信号量，Empty初值为10full=CreateSemaphore(NULL,0,10,NULL);//声明技术信号量，full初值为0mutex=CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);//申明互斥信号量，初值为1//初始化buffer数组，大小为0buffer=newchar[10];for(i=0;i10;i++){buffer[i]='N';}//HANDLEthread;DWORD*ThreadId=(DWORD*)malloc(10*sizeof(DWORD*));HANDLE*ThreadHandle=(HANDLE)malloc(10*sizeof(HANDLE));//创建线程句柄，分配空间//创建5个生产者线程和5个消费者线程for(i=0;i5;i++){ThreadHandle[i+5]=CreateThread(NULL,0,produce,NULL,0,&ThreadId[i+5]);ThreadHandle[i]=CreateThread(NULL,0,consume,NULL,0,&ThreadId[i]);}//让所有线程在主线程main()执行完钱全部执行完毕。WaitForMultipleObjects(10,ThreadHandle,TRUE,INFINITE);return0;}Linux下#includepthread.h#includesemaphore.h#includestdio.h#defineBUFFER_SIZE10//缓冲区大小为10char*buffer;sem_tmutex,empty,full;//三个信号量，互斥信号量mutex，技术信号量empty和fullintx,y;//生产者和消费者在buffer中下标voidoutput()//输出buffer数组{inti;for(i=0;iBUFFER_SIZE;i++){printf(%c,buffer[i]);printf();}printf(\n);}void*produce()//生产者函数{intj;j=0;do{sem_wait(&empty);//buffer有空余部分，可以生产，并减一sem_wait(&mutex);//形成互斥访问，只能一个线程生产printf(%lu%s%d%s,pthread_self(),^^^^^,j,^^^^^);//输出当前线程的id号，以及正在执行的次数buffer[(x++)%BUFFER_SIZE]='A';//生产就赋值Aoutput();//输出bufferj++;sem_post(&mutex);//取消互斥sem_post(&full);//生成完毕，增加一个可以消费量。}while(j!=30);//每个线程可以做30次}void*consume()//消费者函数{intj;j=0;do{sem_wait(&full);//可以消费的量减一sem_wait(&mutex);//互斥访问，只能一个线程消费printf(%lu%s%d%s,pthread_self(),*****,j,*****);buffer[(y++)%BUFFER_SIZE]='B';//消费时，赋值为Boutput();//输出buffer值j++;sem_post(&mutex);//取消互斥，其他线程可以消费sem_post(&empty);//空余量加一}while(j!=30);//每个线程可以消费30次}intmain(){inti;x=0;y=0;buffer=(char*)malloc(BUFFER_SIZE*sizeof(char*));for(i=0;iBUFFER_SIZE;i++)//初始化buffer数组，默认为N{buffer[i]='N';}//semaphoresem_init(&mutex,1,1);//初始化互斥信号量mutex为1sem_init(&empty,0,BUFFER_SIZE);//初始化计数信号量empty为BUFFER_SIZEsem_init(&full,0,0);//初始化计数信号量full为0//multipthreadpthread_ttid[10];pthread_attr_tattr;pthread_attr_init(&attr);//创建5个生产者线程和5个消费者线程for(i=0;i5;i++){pthread_create(&tid[i],&attr,consume,NULL);pthread_create(&tid[i+5],&attr,produce,NULL);}//让每个线程在主线程main执行前全部执行完毕。for(i=0;i10;i++){pthread_join(tid[i],NULL);}return0;}Linux下