【Linux】生产者消费者

生产者消费者

生产者消费者问题概述

生产者/消费者问题，也被称作有限缓冲问题。可以描述为：两个或者更多的线程共享同一个缓冲

区，其中一个或多个线程作为“生产者”会不断地向缓冲区中添加数据，另一个或者多个线程作为“消费者”

从缓冲区中取走数据。生产者/消费者模型关注的是以下几点：

生产者和消费者必须互斥的使用缓冲区

缓冲区空时，消费者不能读取数据

缓冲区满时，生产者不能添加数据

 

生产者消费者模型优点：

1. 解耦：因为多了一个缓冲区，所以生产者和消费者并不直接相互调用，这样生产者和消费者的代码 发生变化，都不会对对方产生影响。这样其实就是把生产者和消费者之间的强耦合解开，变成了生 产者和缓冲区，消费者和缓冲区之间的弱耦合

2. 支持并发：如果消费者直接从生产者拿数据，则消费者需要等待生产者生产数据，同样生产者需要 等待消费者消费数据。而有了生产者/消费者模型，生产者和消费者可以是两个独立的并发主体。 生产者把制造出来的数据添加到缓冲区，就可以再去生产下一个数据了。而消费者也是一样的，从 缓冲区中读取数据，不需要等待生产者。这样，生产者和消费者就可以并发的执行。

3. 支持忙闲不均：如果消费者直接从生产者这里拿数据，而生产者生产数据很慢，消费者消费数据很 快，或者生产者生产数据很多，消费者消费数据很慢。都会造成占用CPU的时间片白白浪费。生产 者/消费者模型中，生产者只需要将生产的数据添加到缓冲区，缓冲区满了就不生产了。消费者从 缓冲区中读取数据，缓冲区空了就不消费了，使得生产者/消费者的处理能力达到一个动态的平 衡

 

生产者消费者模型实现

假定缓冲池中有N个缓冲区，一个缓冲区只能存储一个int类型的数据。定义互斥锁mutex实现对缓

冲区的互斥访问；计数信号量dempty用来表示空闲缓冲区的数量，其初值为N；计数信号量dfull用来表

示有数据的缓冲区的数量，其初值为0

在实现生产者消费者模型时我们要考虑加锁和p v操作的顺序

如果先加锁 那么在系统进行p操作的时候就会阻塞 等待回复  但是此时没有外力是无法恢复的

因此我们在实现生产者和消费者模型时 我们应该先进行p v 操作 

再进行加锁操作

因此生产者消费者的模型应该是这样的

 

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <assert.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <time.h>
#define BUFF_MAX 30
#define SC_NUM 2 
#define XF_NUM 3
int in = 0;
int out = 0;
sem_t sem_empty;
sem_t sem_full;
pthread_mutex_t mutex;
int buff[BUFF_MAX] = {0};
void * sc_thread(void* arg)
{
  i nt index = (int)arg;
   while( 1 ){
   sem_wait(&sem_empty);
   pthread_mutex_lock(&mutex);
   buff[in] = rand()%100;
   printf("生产者%d 产生数据%d,in=%d\n",index,buff[in],in);
   in = (in + 1) % BUFF_MAX;
   pthread_mutex_unlock(&mutex);
   sem_post(&sem_full);
   int n = rand() % 10;
   sleep(n);
  }
}
void * xf_thread(void* arg)
{
   int index = (int)arg;
   while(1){
   sem_wait(&sem_full);
   pthread_mutex_lock(&mutex);
   printf("消费者%d 消费数据%d, out=%d\n",index,buff[out],out);
   out = (out+1) % BUFF_MAX;
   pthread_mutex_unlock(&mutex);
   sem_post(&sem_empty);
   int n = rand() % 10;
   sleep(n);
   }
}
int main(){
  pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
  sem_init(&sem_empty,0,BUFF_MAX);
  sem_init(&sem_full,0,0);
  srand((int)time(NULL));
  pthread_t sc_id[SC_NUM];
  pthread_t xf_id[XF_NUM];
  int i = 0;
  for( ; i < SC_NUM; i++ ){
  pthread_create(&sc_id[i],NULL,sc_thread,(void*)i);
  }
  for( i = 0; i < XF_NUM; i++ ){
  pthread_create(&xf_id[i],NULL,xf_thread,(void*)i);
  }
  for( i = 0; i < SC_NUM; i++ ){
  pthread_join(sc_id[i],NULL);
  }
  for( i = 0; i < XF_NUM; i++ ){
  pthread_join(xf_id[i],NULL);
  }
  sem_destroy(&sem_empty);
  sem_destroy(&sem_full);
  pthread_mutex_destroy(&mutex);
  exit(0);
}

rand函数是获取一个随机数值

我们使用两个线程来模拟生产者和消费者 生产者和消费者线程内部都是先进行p v 操作

再执行加锁 读写步骤