生产者消费者模型(一)——模拟单线程的互斥与同步

本文介绍了生产者消费者模型的基本概念,重点阐述了条件变量的作用和使用,包括初始化、等待与唤醒操作。接着,讨论了模型的321规则和三大特性:解耦、并发支持及忙闲不均。最后,通过单线程实现展示了如何利用链表作为缓冲区,确保生产者与消费者间的同步与互斥。

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

在现实的软件开发过程中,经常会碰到如下情景:某个模块负责产生数据,这些数据由另外一个模块来负责处理(此处的模块是广义的,可以是类、函数、线程和进程等)。产生数据的模块称之为生产者,而处理数据的模块就是消费者。

条件变量

在正式开始生产者与消费者模型之前,我们应该对条件变量有一个新的认识。

条件变量(Condition Variable):它的作用是描述资源的就绪状态,属于线程的一种同步机制。互斥锁用于上锁,条件变量用于等待。条件变量本身是由互斥量保护的,线程在改变之前首先会封锁互斥量,因此其他线程在获得互斥量之前不会觉察到这样的变化。

(1)pthread_cond_init 和 pthread_cond_destroy:条件变量的初始化与销毁。

#include <pthread.h>
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);//条件变量销毁
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);//条件变量初始化
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

参数cond:条件变量。

参数attr:条件变量的属性,设置为NULL则表示缺省属性。

返回值:成功返回0,失败返回错误码。

和mutex的初始化和销毁类似,如果条件变量是静态分配的,也可以使用PTHREAD_COND_INITALIZER初始化,相当于用pthread_cond_init函数初始化并设置参数attr为NULL。

(2)pthread_cond_wait/timewait:前者是条件变量等待,后者是等待超时。

 #include <pthread.h>
 int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,  pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);
 int p
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的问题的了解。 实验要求: 每个进程有个进程控制块(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。 系统开辟了个缓冲区,小由buffersize指定。 程序中有个链队列,个链表。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)。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. 清华学出版社 实验报告要求: (1) 每位同学交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