操作系统03——生产者消费者线程同步问题实验

主要任务
采用条件变量和互斥锁实现生产者消费者线程同步

一、生产者消费者问题

生产者进程生产产品，将产品提供给消费者进程消费。
在两者之间设置有缓冲区，生产者将产品放入缓冲区，消费者从缓冲区中取走产品。
两者之间需要保持同步，消费者不可以从空的缓冲区中取产品，生产者进程也不可以向已经装满产品的缓冲区投放产品。

二、问题分析

可以用一个数组buffer[n]来表示大小为n的缓冲区。
每当投入一个产品时，buffer中的数组单元指针in加1
每当取出一个产品时，buffer中的数组单元指针out加1

由于buffer缓冲区被组织成为循环的，应把输入指针in（out）加一表示成为in=(in+1)%n(out=(out+1)%n)
此外引入整型变量count，初始值为0，投入产品+1，取走产品-1

生产者和消费者共享这些变量
int in=0,out=0,count=0; item buffer[n];

• 生产者

void producer(){
while(1){
	produce an item in nextp;//nextp存放产生的产品
	...
	while(counter==n)
	;
	buffer[in]=nextp;
	in=in(in+1)%n;
	counter++;
	}
};

• 消费者

void consumer()
{
	while(1){
		while(counter==0)
		;
		nextc=buffer[out];
		out=(out+1)%n;
		counter--;
		consumer the item in nextc;
		...
	}
};

三、用互斥锁与条件变量实现

总体思想为
通过条件变量来判断互斥锁是否是否需要加锁或者解锁

#include<stdio.h>
#include<pthread.h> 
#define BUFSIZE 6 
int n=1,m=1;
struct prodcons {
	int buffer[BUFSIZE]; 
	pthread_mutex_t lock;  //互斥LOCK
	int readpos , writepos; 
	pthread_cond_t notempty; //缓冲区非空条件判断
	pthread_cond_t notfull;  //缓冲区未满条件判断
};

void init(struct prodcons * b){
	pthread_mutex_init(&b->lock,NULL);
	pthread_cond_init(&b->notempty,NULL);
	pthread_cond_init(&b->notfull,NULL);
	b->readpos=0;
	b->writepos=0;
}


struct prodcons buffer;
void *producer1(void *data){
	
 while(1){	
	pthread_mutex_lock(&(buffer.lock));        
	//等待缓冲区未满
	if((buffer.writepos + 1) % BUFSIZE == buffer.readpos){
		//缓冲区满,生产者将被挂起,直至重新被唤醒
		pthread_cond_wait(&(buffer.notfull), &(buffer.lock)) ;
	}
	//写数据,并移动指针
    printf("producer1--put Number: ") ;
	printf("put pos is %d, put %d\n",buffer.writepos,n);
	buffer.buffer[buffer.writepos]=n;
	buffer.writepos++;
	if(buffer.writepos >= BUFSIZE)
		buffer.writepos=0;
        
	//设置缓冲区非空的条件变量
	pthread_cond_signal(&(buffer.notempty));
	pthread_mutex_unlock(&(buffer.lock));
                 n++;
    //可打开下边屏蔽语句，观察线程结果，下面两句决定数据显示速度
    //if (n %3 == 0)     
  	     // sleep(1);            
	}	
}

void *consumer1(void * data){
	int d;
	while(1){
	  //d = get(&buffer);
        
	pthread_mutex_lock(&(buffer.lock));
	if(buffer.writepos == buffer.readpos){
		//等待缓冲区非空
		pthread_cond_wait(&(buffer.notempty), &(buffer.lock));
	}
	//读数据,移动读指针
	data = buffer.buffer[buffer.readpos];
 	printf("first consumer: get pos is %d, get %d\n",buffer.readpos,data);
	buffer.readpos++;
	if(buffer.readpos >= BUFSIZE)
		buffer.readpos=0;
       
	//设置缓冲区未满的条件变量
	pthread_cond_signal(&(buffer.notfull));
	pthread_mutex_unlock(&(buffer.lock));
                //可打开或关闭下面语句，观看线程执行状况
                //sleep(1);
	}
	return NULL;
}


int main(void){
	pthread_t th_a, th_b;
	void *retval;
	init(&buffer);
	pthread_create(&th_a, NULL, producer1, 0);
	pthread_create(&th_b, NULL, consumer1, 0);
	pthread_join(th_a, &retval);
	pthread_join(th_b, &retval);	
	return 0;
}

编译程序：
gcc prodcons.c -o prodcons.exe -l pthread