线程间同步与互斥:生产者消费者问题

本文介绍了线程间同步与互斥的概念,特别是针对生产者消费者问题的解决方案。通过互斥锁(Mutex)的使用,确保了对共享资源的原子性访问,防止访问冲突。文中详细阐述了互斥锁的lock和unlock操作,并讨论了条件变量(Condition Variable)在等待和唤醒线程中的作用。此外,还提到了相关函数如pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock等的使用,以及如何通过pthread_cond_signal和pthread_cond_broadcast控制生产者和消费者的协作。最后,文章以生产者消费者问题为例,展示了线程同步的实际应用。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

总结一下线程间同步与互斥生 产者消费者问题

一 互斥锁(mutex)

对于多线程的程序,访问冲突的问题是很普遍的,解决的办法是引⼊入互斥锁(Mutex,MutualExclusive Lock),获得锁的线程可以完成“读-修改-写”的操作,然后释放锁给其它线程,没有获得锁的线程只能等待而不能访问共享数据,这样“读-修改-写”三步操作组成一个原子操作,要么都执行,要么都不执行,不会执行到中间被打断,也不会在其它处理器上并行做这个操作。

 互斥锁的两个基本操作lock 和unlock的实现:为了实现互斥锁操作,大多数体系结构都提供了swap或exchange指令,该指令的作用是把寄存器和内存单元的数据相交换,由于只有一条指令,保证了原子性,即使是多处理器平台,访问内存的 总线周期也有先后,一个处理器上的交换指令执行时另一个处理器的交换指令只能等待总线周期。

 以x86为例的lock和unlock的伪代码

lock:
	movb $0, %al
	xchgb %al, mutex
	if(al寄存器的内容 >0)
	{ return 0; 
	}else
		挂起等待;
	goto lock;
unlock:
	movb $1, mutex
	唤醒等待mutex的线程;
	retrun 0;


也许还有读者好奇,“挂起等待”和“唤醒等待线程”的操作如何实现?每个Mutex有⼀一个等待队列,一个线程要在Mutex上挂起等待,首先在把自己加入等待队列中,然后置线程状态为睡眠,然后调用调度器函数切换到别的线程。一个线程要唤醒等待队列中的其它线程,只需从等待队列中取出一 项,把它的状态从睡眠改为就绪,加入就绪队列,那么下次调度器函数执行时就有可能切换到被唤醒的线程。

介绍下相关函数:

(1)互斥锁的创建和销毁

实验题目: 生产者消费者(综合性实验) 实验环境: C语言编译器 实验内容: ① 由用户指定要产生的进程及其类别,存入进入就绪队列。    ② 调度程序从就绪队列中提取一个就绪进程运行。如果申请的资源被阻塞则进入相应的等待队列,调度程序调度就绪队列中的下一个进程。进程运行结束时,会检查对应的等待队列,激活队列中的进程进入就绪队列。运行结束的进程进入over链表。重复这一过程直至就绪队列为空。    ③ 程序询问是否要继续?如果要转直①开始执行,否则退出程序。 实验目的: 通过实验模拟生产者消费者之间的关系,了解并掌握他们之间的关系及其原理。由此增加对进程同步问题的了解。 实验要求: 每个进程有一个进程控制块(PCB)表示。进程控制块可以包含如下信息:进程类型标号、进程系统号、进程状态、进程产品(字符)、进程链指针等等。 系统开辟了一个缓冲区,大小由buffersize指定。 程序中有三个链队列,一个链表。一个就绪队列(ready),两个等待队列:生产者等待队列(producer);消费者队列(consumer)。一个链表(over),用于收集已经运行结束的进程 本程序通过函数模拟信号量的操作。 参考书目: 1)徐甲同等编,计算机操作系统教程,西安电子科技大学出版社 2)Andrew S. Tanenbaum著,陈向群,马红兵译. 现代操作系统(第2版). 机械工业出版社 3)Abranham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne著. 郑扣根译. 操作系统概念(第2版). 高等教育出版社 4)张尧学编著. 计算机操作系统教程(第2版)习题解答实验指导. 清华大学出版社 实验报告要求: (1) 每位同学交一份电子版本的实验报告,上传到202.204.125.21服务器中。 (2) 文件名格式为班级、学号加上个人姓名,例如: 电子04-1-040824101**.doc   表示电子04-1班学号为040824101号的**同学的实验报告。 (3) 实验报告内容的开始处要列出实验的目的,实验环境、实验内容等的说明,报告中要附上程序代码,并对实验过程进行说明。 基本数据结构: PCB* readyhead=NULL, * readytail=NULL; // 就绪队列 PCB* consumerhead=NULL, * consumertail=NULL; // 消费者队列 PCB* producerhead=NULL, * producertail=NULL; // 生产者队列 over=(PCB*)malloc(sizeof(PCB)); // over链表 int productnum=0; //产品数量 int full=0, empty=buffersize; // semaphore char buffer[buffersize]; // 缓冲区 int bufferpoint=0; // 缓冲区指针 struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */ int flag; // flag=1 denote producer; flag=2 denote consumer; int numlabel; char product; char state; struct pcb * processlink; …… }; processproc( )--- 给PCB分配内存。产生相应的的进程:输入1为生产者进程;输入2为消费者进程,并把这些进程放入就绪队列中。 waitempty( )--- 如果缓冲区满,该进程进入生产者等待队列;linkqueue(exe,&producertail); // 把就绪队列里的进程放入生产者队列的尾部 void signalempty() bool waitfull() void signalfull() void producerrun() void comsuerrun() void main() { processproc(); element=hasElement(readyhead); while(element){ exe=getq(readyhead,&readytail); printf("进程%d申请运行,它是一个",exe->numlabel); exe->flag==1? printf("生产者\n"):printf("消费者\n"); if(exe->flag==1) producerrun();
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值