实验8多线程“生产者消费者”实验

实验8多线程“生产者消费者”实验学生姓名：李亚军学号：6100412196专业班级：卓越计科121班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Linux中的多线程编程，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1所示。123…N生产者消费者图1生产者消费者问题描述这里要求使用有名管道（将在下一章介绍，可提前了解）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）画出流程图。本实验流程图如图2所示。开始建立有名管道打开有名管道初始化三个信号量创建消费者和生产者两个线程P操作（avail）P操作（mutex）读管道V操作（full）V操作（mutex）P操作（full）P操作（mutex）写管道V操作（avail）V操作（mutex）结束生产者线程消费者线程图2“生产者—消费者”实验流程图（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*/#includestdio.h#includestdlib.h#includeunistd.h#includefcntl.h#includepthread.h#includeerrno.h#includesemaphore.h#includesys/ipc.h#defineMYFIFOmyfifo/*缓冲区有名管道的名字*/#defineBUFFER_SIZE3/*缓冲区的单元数*/#defineUNIT_SIZE5/*每个单元的大小*/#defineRUN_TIME30/*运行时间*/#defineDELAY_TIME_LEVELS5.0/*周期的最大值*/intfd;time_tend_time;sem_tmutex,full,avail;/*3个信号量*//*生产者线程*/void*producer(void*arg){intreal_write;intdelay_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(TheFIFOhasnotbeenreadyet.Pleasetrylater\n);}}else{printf(Write%dtotheFIFO\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){unsignedcharread_buffer[UNIT_SIZE];intreal_read;intdelay_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(Nodatayet\n);}}printf(Read%sfromFIFO\n,read_buffer);/*V操作信号量avail和mutex*/sem_post(&avail);sem_post(&mutex);}pthread_exit(NULL);}intmain(){pthread_tthrd_prd_id,thrd_cst_id;pthread_tmon_th_id;intret;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(Cannotcreatefifo\n);returnerrno;}/*打开管道*/fd=open(MYFIFO,O_RDWR);if(fd==-1){printf(Openfifoerror\n);returnfd;}/*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(Anysemaphoreinitializationfailed\n);returnret;}/*创建两个线程*/ret=pthread_create(&thrd_prd_id,NULL,producer,NULL);if(ret!=0){printf(Createproducerthreaderror\n);returnret;}ret=pthread_create(&thrd_cst_id,NULL,customer,NULL);if(ret!=0){printf(Createcustomerthreaderror\n);returnret;}pthread_join(thrd_prd_id,NULL);pthread_join(thrd_cst_id,NULL);close(fd);unlink(MYFIFO);return0;}4．根据实验结果完成实验报告，写出实验总结。整个实验比较简单，但是开始老是在编译的时候出现sem_wait等未定义的错误，经上网查询得知c库没有使能semaphore的支持.，故而需要添加-lpthread参数。