#define _GNU_SOURCE #include "sched.h" #include<sys/types.h> #include<sys/syscall.h> #include<unistd.h> #include <pthread.h> #include "stdio.h" #include "stdlib.h" #include "semaphore.h" #include "sys/wait.h" #include "string.h" int producer(void * args); int consumer(void * args); pthread_mutex_t mutex; sem_t product; sem_t warehouse; char buffer[8][4]; int bp=0; int main(int argc,char** argv){ pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//初始化 sem_init(&product,0,0); sem_init(&warehouse,0,8); int clone_flag,arg,retval; char *stack; //clone_flag=CLONE_SIGHAND|CLONE_VFORK //clone_flag=CLONE_VM|CLONE_FILES|CLONE_FS|CLONE_SIGHAND; clone_flag=CLONE_VM|CLONE_SIGHAND|CLONE_FS| CLONE_FILES; //printf("clone_flag=%d\n",clone_flag); int i; for(i=0;i<2;i++){ //创建四个线程 arg = i; //printf("arg=%d\n",*(arg)); stack =(char*)malloc(4096); retval=clone(producer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg); //printf("retval=%d\n",retval); stack=(char*)malloc(4096); retval=clone(consumer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg); //printf("retval=%d\n\n",retval); usleep(1); } exit(1); } int producer(void *args){ int id = *((int*)args); int i; for(i=0;i<10;i++){ sleep(i+1); //表现线程速度差别 sem_wait(&warehouse); pthread_mutex_lock(&mutex); if(id==0) strcpy(buffer[bp],"aaa/0"); else strcpy(buffer[bp],"bbb/0"); bp++; printf("producer %d produce %s in %d\n",id,buffer[bp-1],bp-1); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&product); } printf("producer %d is over!\n",id); exit(id); } int consumer(void *args){ int id = *((int*)args); int i; for(i=0;i<10;i++) { sleep(10-i); //表现线程速度差别 sem_wait(&product); pthread_mutex_lock(&mutex); bp--; printf("consumer %d get %s in %d\n",id,buffer[bp],bp+1); strcpy(buffer[bp],"zzz\0"); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&warehouse); } printf("consumer %d is over!\n",id); exit(id); }

这段代码是一个生产者-消费者模型的示例程序，通过线程和信号量实现了两个生产者和两个消费者之间的同步和互斥。

在 main 函数中，首先初始化了一个互斥锁和两个信号量，然后创建了两个生产者和两个消费者线程。其中，每个线程通过 clone 函数创建，并传入相应的参数和栈空间。创建线程的过程中，使用了 clone_flag 参数控制线程的复制方式，这里采用了 CLONE_VM、CLONE_SIGHAND、CLONE_FS 和 CLONE_FILES 四个选项，表示新线程与原线程共享虚拟地址空间、信号处理、文件系统和打开文件的描述符。

在生产者函数中，每个线程循环生产 10 个产品。生产之前，先等待仓库信号量，表示仓库有可用的存储空间；然后获取互斥锁，保证线程安全；接着将产品放入缓冲区中，同时输出生产信息；最后释放互斥锁，表示生产完成，同时发出产品信号量，通知消费者有可用产品。

在消费者函数中，每个线程同样循环消费 10 个产品。消费之前，先等待产品信号量，表示有可用的产品可以消费；然后获取互斥锁，保证线程安全；接着从缓冲区中取出产品，同时输出消费信息；最后释放互斥锁，表示消费完成，同时发出仓库信号量，通知生产者有可用存储空间。

整个程序的执行过程中，由于生产者和消费者并发执行，因此需要通过互斥锁保证缓冲区的访问不会出现冲突；同时，通过信号量控制生产者和消费者的同步，保证生产者只在缓冲区有可用空间时才能生产，消费者只在缓冲区有可用产品时才能消费。

相关问题

注释并详细解释以下代码#define _GNU_SOURCE #include "sched.h" #include<sys/types.h> #include<sys/syscall.h> #include<unistd.h> #include <pthread.h> #include "stdio.h" #include "stdlib.h" #include "semaphore.h" #include "sys/wait.h" #include "string.h" int producer(void * args); int consumer(void * args); pthread_mutex_t mutex; sem_t product; sem_t warehouse; char buffer[8][4]; int bp=0; int main(int argc,char** argv){ pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//初始化 sem_init(&product,0,0); sem_init(&warehouse,0,8); int clone_flag,arg,retval; char *stack; clone_flag=CLONE_VM|CLONE_SIGHAND|CLONE_FS| CLONE_FILES; //printf("clone_flag=%d\n",clone_flag); int i; for(i=0;i<2;i++){ //创建四个线程 arg = i; //printf("arg=%d\n",*(arg)); stack =(char*)malloc(4096); retval=clone(producer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg); //printf("retval=%d\n",retval); stack=(char*)malloc(4096); retval=clone(consumer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg); //printf("retval=%d\n\n",retval); usleep(1); } exit(1); } int producer(void *args){ int id = *((int*)args); int i; for(i=0;i<10;i++){ sleep(i+1); //表现线程速度差别 sem_wait(&warehouse); pthread_mutex_lock(&mutex); if(id==0) strcpy(buffer[bp],"aaa\0"); else strcpy(buffer[bp],"bbb\0"); bp++; printf("producer %d produce %s in %d\n",id,buffer[bp-1],bp-1); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&product); } printf("producer %d is over!\n",id); exit(id); } int consumer(void *args){ int id = *((int*)args); int i; for(i=0;i<10;i++) { sleep(10-i); //表现线程速度差别 sem_wait(&product); pthread_mutex_lock(&mutex); bp--; printf("consumer %d get %s in %d\n",id,buffer[bp],bp+1); strcpy(buffer[bp],"zzz\0"); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&warehouse); } printf("consumer %d is over!\n",id); exit(id); }

这段代码是一个生产者和消费者模型的实现，使用了线程和信号量进行同步。以下是注释和解释：

#define _GNU_SOURCE    // 定义_GNU_SOURCE宏，以启用一些扩展函数和数据结构的定义
#include "sched.h"
#include<sys/types.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "semaphore.h"
#include "sys/wait.h"
#include "string.h"

int producer(void * args);  // 生产者线程函数声明
int consumer(void * args);  // 消费者线程函数声明
pthread_mutex_t mutex;  // 互斥锁变量
sem_t product;  // 产品信号量
sem_t warehouse;  // 仓库信号量
char buffer[8][4];  // 缓冲区
int bp=0;  // 缓冲区指针

int main(int argc,char** argv){
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);  // 初始化互斥锁
    sem_init(&product,0,0);  // 初始化产品信号量，初始值为0
    sem_init(&warehouse,0,8);  // 初始化仓库信号量，初始值为8
    int clone_flag,arg,retval;
    char *stack;
    clone_flag=CLONE_VM|CLONE_SIGHAND|CLONE_FS|CLONE_FILES;  // 线程创建标志，表示新线程与父线程共享虚拟内存、信号处理程序、文件系统和文件描述符表等

    int i;
    for(i=0;i<2;i++){  // 创建两个生产者和两个消费者线程
        arg = i;
        stack =(char*)malloc(4096);  // 创建线程的栈空间
        retval=clone(producer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg);  // 创建生产者线程
        stack=(char*)malloc(4096);
        retval=clone(consumer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg);  // 创建消费者线程
        usleep(1);  // 睡眠一段时间，等待线程创建完成
    }
    exit(1);  // 退出程序
}

// 生产者线程函数
int producer(void *args){
    int id = *((int*)args);  // 获取线程id
    int i;
    for(i=0;i<10;i++){  // 生产10个产品
        sleep(i+1);  // 表现线程速度差别，每个生产者线程睡眠时间不同
        sem_wait(&warehouse);  // 申请仓库信号量，如果信号量为0则阻塞
        pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁，防止多个线程同时修改缓冲区指针
        if(id==0)  // 根据线程id选择产品类型
            strcpy(buffer[bp],"aaa\0");
        else
            strcpy(buffer[bp],"bbb\0");
        bp++;  // 更新缓冲区指针
        printf("producer %d produce %s in %d\n",id,buffer[bp-1],bp-1);  // 输出生产信息
        pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
        sem_post(&product);  // 发布产品信号量，增加产品数量
    }
    printf("producer %d is over!\n",id);
    exit(id);  // 退出线程
}

// 消费者线程函数
int consumer(void *args){
    int id = *((int*)args);  // 获取线程id
    int i;
    for(i=0;i<10;i++){  // 消费10个产品
        sleep(10-i);  // 表现线程速度差别，每个消费者线程睡眠时间不同
        sem_wait(&product);  // 申请产品信号量，如果信号量为0则阻塞
        pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁，防止多个线程同时修改缓冲区指针
        bp--;  // 更新缓冲区指针
        printf("consumer %d get %s in %d\n",id,buffer[bp],bp+1);  // 输出消费信息
        strcpy(buffer[bp],"zzz\0");  // 将缓冲区的产品清空
        pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
        sem_post(&warehouse);  // 发布仓库信号量，增加仓库空间
    }
    printf("consumer %d is over!\n",id);
    exit(id);  // 退出线程
}

分析这段代码给出详解 #define _GNU_SOURCE #include "sched.h" #include<sys/types.h> #include<sys/syscall.h> #include<unistd.h> #include <pthread.h> #include "stdio.h" #include "stdlib.h" #include "semaphore.h" #include "sys/wait.h" #include "string.h" int producer(void * args); int consumer(void * args); pthread_mutex_t mutex; sem_t product; sem_t warehouse; char buffer[8][4]; int bp=0; int main(int argc,char** argv){ pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//初始化 sem_init(&product,0,0); sem_init(&warehouse,0,8); int clone_flag,arg,retval; char stack; //clone_flag=CLONE_SIGHAND|CLONE_VFORK //clone_flag=CLONE_VM|CLONE_FILES|CLONE_FS|CLONE_SIGHAND; clone_flag=CLONE_VM|CLONE_SIGHAND|CLONE_FS| CLONE_FILES; //printf("clone_flag=%d\n",clone_flag); int i; for(i=0;i<2;i++){ //创建四个线程 arg = i; //printf("arg=%d\n",(arg)); stack =(char*)malloc(4096); retval=clone(producer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg); //printf("retval=%d\n",retval); stack=(char*)malloc(4096); retval=clone(consumer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&arg); //printf("retval=%d\n\n",retval); usleep(1); } exit(1); } int producer(void *args){ int id = ((int)args); int i; for(i=0;i<10;i++){ sleep(i+1); //表现线程速度差别 sem_wait(&warehouse); pthread_mutex_lock(&mutex); if(id==0) strcpy(buffer[bp],"aaa/0"); else strcpy(buffer[bp],"bbb/0"); bp++; printf("producer %d produce %s in %d\n",id,buffer[bp-1],bp-1); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&product); } printf("producer %d is over!\n",id); exit(id); } int consumer(void *args){ int id = ((int)args); int i; for(i=0;i<10;i++) { sleep(10-i); //表现线程速度差别 sem_wait(&product); pthread_mutex_lock(&mutex); bp--; printf("consumer %d get %s in %d\n",id,buffer[bp],bp+1); strcpy(buffer[bp],"zzz\0"); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&warehouse); } printf("consumer %d is over!\n",id); exit(id); }

这段代码是一个生产者-消费者问题的解决方案，通过多线程实现。主要包括以下内容：

1. 引入了相关的头文件，包括sched.h、sys/types.h、sys/syscall.h、unistd.h、pthread.h、stdio.h、stdlib.h、semaphore.h和sys/wait.h等。

2. 定义了一些全局变量，包括一个互斥锁pthread_mutex_t mutex，两个信号量sem_t product和sem_t warehouse，以及一个二维字符数组buffer和一个变量bp，用于存储生产者生产的数据和消费者消费的数据。

3. 在main函数中初始化互斥锁和信号量，然后使用clone函数创建了两个生产者线程和两个消费者线程。

4. 生产者线程通过调用producer函数实现生产数据，每个线程生产10个数据，速度不同。生产者线程会先等待空闲的仓库，然后获取互斥锁，将生产的数据存入缓冲区中，再释放互斥锁，发送信号量通知消费者线程可以取数据了。

5. 消费者线程通过调用consumer函数实现消费数据，每个线程消费10个数据，速度不同。消费者线程会先等待有可用的数据，然后获取互斥锁，从缓冲区中取出数据，再将缓冲区中的数据清空，最后释放互斥锁，发送信号量通知生产者线程可以继续生产数据了。

6. 程序运行结束后，主线程退出。

需要注意的是，这段代码中使用了clone函数而不是pthread_create函数来创建线程，这是因为clone函数可以创建一个新的进程，而线程也是进程的一种，因此可以使用clone函数来创建线程。另外，这段代码中的互斥锁和信号量的使用，可以有效地避免了生产者和消费者之间的竞争和冲突，保证了线程的安全性和正确性。