Linux下生产者消费者问题详细分析（操作系统期中考试论文---并发程序的同步和互斥）

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这是操作系统期中考试时我写的小论文，想要文档及代码的点击下载。

要求如下：

本篇为了简洁，只贴有用的信息。

执行逻辑说明：

         程序启动后首先初始化信号量集和循环缓冲队列。然后按照提示信息输入生产者数量和消费者数量。根据生产者和消费者数量创建相应的生产者线程和消费者线程。生产者线程执行生产者函数，向缓冲区放一个值，然后write指针加1。消费者执行消费者函数，从缓冲区读一个值，然后read指针加1。

源码如下：

/* pc.c:Producer and Consumer Problem   *author : houjialin   *To compile: g++ pc.c -o pc -l pthread   */#include<stdio.h>#include<stdlib.h>//exit#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>#include<pthread.h>#include <unistd.h>//sleep#include<signal.h>#define Maxbuf 10  //定义循环缓冲队列及对其的一组操作struct Circlebuf//循环缓冲队列结构{    int read;//读指针     int write;//写指针     int buf[Maxbuf];//缓冲区} circlebuf;void writeCirclebuf(Circlebuf *circlebuf,int *value)//向缓冲区中写一个值{        circlebuf->buf[circlebuf->write]=(*value);          circlebuf->write=(circlebuf->write+1)%Maxbuf;//写过后指针+1       }int  readCirclebuf(Circlebuf *circlebuf)//从当前指针读一个值，返回value{    int value=0;    value=circlebuf->buf[circlebuf->read];    circlebuf->buf[circlebuf->read]=0; //读过后置0    circlebuf->read=(circlebuf->read+1)%Maxbuf;//读过后read+1    return value;}void OutCirclebuf(Circlebuf *circlebuf){     printf("Circlebuf value:");     for(int i=0;i<Maxbuf;i++)     {       printf("%d  ", circlebuf->buf[i]);     }     printf("\n");}//定义信号量及对其的操作#define SEM_Key 4001 //信号量Key值 struct sembuf semaphore;//定义一个信号量int semid;//信号量IDbool initSembuf()//创建信号量集，并初始化{    int sem=0;    if((semid=semget(SEM_Key,3,IPC_CREAT|0666))>=0)      {       sem=1;       semctl(semid,0,SETVAL,sem);//第0个信号量，初值为1，缓冲区互斥使用(mutex)       sem=10;       semctl(semid,1,SETVAL,sem);//第1个信号量，初值为10，当前空缓冲区数(empty)       sem=0;       semctl(semid,2,SETVAL,sem);//第2个信号量，初值为0，当前满缓冲区数(full)       return true;      }    else        return false;}//对信号量的PV操作void Pmutex(){   semaphore.sem_num=0;     semaphore.sem_op=-1;     semaphore.sem_flg=SEM_UNDO;   semop(semid,&semaphore,1);}void Vmutex(){  semaphore.sem_num=0;    semaphore.sem_op=1;    semaphore.sem_flg=SEM_UNDO;  semop(semid,&semaphore,1);}void Pempty(){   semaphore.sem_num=1;     semaphore.sem_op=-1;     semaphore.sem_flg=SEM_UNDO;   semop(semid,&semaphore,1);}void Vempty(){   semaphore.sem_num=1;     semaphore.sem_op=1;     semaphore.sem_flg=SEM_UNDO;   semop(semid,&semaphore,1);}void Pfull(){   semaphore.sem_num=2;     semaphore.sem_op=-1;     semaphore.sem_flg=SEM_UNDO;   semop(semid,&semaphore,1);}void Vfull(){   semaphore.sem_num=2;     semaphore.sem_op=1;     semaphore.sem_flg=SEM_UNDO;   semop(semid,&semaphore,1);}void sigend(int sig)  {      semctl(semid, IPC_RMID, 0);      exit(0);  }  void * productThread(void *i)//生产者线程{  int *n=(int *)i;  while(true)  {     Pempty();//①     Pmutex();//②     writeCirclebuf(&circlebuf,n);     printf("Producer %d succeeded put a value=%d into the circlebuf.\n",*n,*n);     OutCirclebuf(&circlebuf);     Vmutex();//③     Vfull();//④  }}void * consumerThread(void *i)//消费者{  int *n=(int *)i;  int value=0;//消费品存放处  while(true)  {       Pfull();//⑤       Pmutex();//⑥       value=readCirclebuf(&circlebuf);       printf("The consumer %d succeful consume .The value is %d \n",*n,value);       Vmutex();//⑦       Vempty();//⑧  }}int main(){   While(! initSembuf());//初始化信号量集   signal(SIGINT, sigend);    signal(SIGTERM, sigend);    int ConsNum=0,ProdNum=0,ret;//初始化生产者消费者数量   pthread_t  cpid,ppid;//线程ID   //初始化循环缓冲队列   circlebuf.read=circlebuf.write=0;   for(int i=0;i<Maxbuf;i++)    {      circlebuf.buf[i]=0;    }   printf("Please input the number of producter :");   scanf("%d",&ProdNum);   int *pro=new int[ProdNum];   printf("Please input the number of consumer :");   scanf("%d",&ConsNum);   int *con=new int[ConsNum];    for(int i=1;i<=ProdNum;i++)//启动生产者     {        ppid=i+100;//为了和消费者线程ID区别，每个线程号都加100        pro[i-1]=i;        ret=pthread_create(&ppid,NULL,productThread,(void *)&pro[i-1]);//        if(ret!=0)        {         printf("Create thread error");         exit(1);        }     }   for(int i=1;i<=ConsNum;i++)//启动消费者     {       cpid=i;       con[i-1]=i;       ret=pthread_create(&cpid,NULL,consumerThread,(void *)&con[i-1]);       if(ret!=0)       {         printf("Create thread error");         exit(1);       }     }   sleep(100000);//不让main线程停止}

编程平台说明：

操作系统：Ubuntu11.04

编译器：  g++

同步机制：采用Linux下的信号量机制实现并发进程间的同步和互斥。源程序建立的信号量集中有三个信号量。第一信号量初值为1，缓冲区互斥时使用。第二个初值为10，相当于当前可用空缓冲区数量。第三个初值为0，表示当前已放入产品的缓冲区数量。

静态条件说明和执行结果分析：

（由于格式换着太麻烦了，这里直接上图片了。）