设计一个生产者-消费者进程同步

时间: 2024-02-23 07:59:49 浏览: 112
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进程同步之生产者和消费者

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生产者-消费者问题是一个经典的多线程同步问题,解决这个问题的方法有多种,其中最常见的方法是使用信号量机制。下面是一个基于信号量的生产者-消费者进程同步的示例代码(使用C语言编写): ``` #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #define BUFFER_SIZE 10 // 缓冲池大小 #define PRODUCER_NUM 5 // 生产者数量 #define CONSUMER_NUM 5 // 消费者数量 #define MAX_SLEEP_TIME 3 // 生产者和消费者的最大睡眠时间 sem_t mutex, empty, full; // 三个信号量 int buffer[BUFFER_SIZE]; // 缓冲池 int in = 0, out = 0; // 缓冲池的读写指针 void *producer(void *arg) { int id = *(int *)arg; while (1) { // 生产者睡眠一段时间 sleep(rand() % MAX_SLEEP_TIME + 1); // 生产一个产品 int product = rand() % 100; // 等待empty信号量 sem_wait(&empty); // 等待mutex信号量 sem_wait(&mutex); // 将产品放入缓冲池 buffer[in] = product; printf("Producer %d produce product %d\n", id, product); in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; // 释放mutex信号量 sem_post(&mutex); // 发送full信号量 sem_post(&full); } pthread_exit(NULL); } void *consumer(void *arg) { int id = *(int *)arg; while (1) { // 消费者睡眠一段时间 sleep(rand() % MAX_SLEEP_TIME + 1); // 等待full信号量 sem_wait(&full); // 等待mutex信号量 sem_wait(&mutex); // 从缓冲池中取出一个产品 int product = buffer[out]; printf("Consumer %d consume product %d\n", id, product); out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; // 释放mutex信号量 sem_post(&mutex); // 发送empty信号量 sem_post(&empty); } pthread_exit(NULL); } int main() { sem_init(&mutex, 0, 1); sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); sem_init(&full, 0, 0); pthread_t producers[PRODUCER_NUM], consumers[CONSUMER_NUM]; int producer_ids[PRODUCER_NUM], consumer_ids[CONSUMER_NUM]; // 创建生产者线程 for (int i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) { producer_ids[i] = i; pthread_create(&producers[i], NULL, producer, &producer_ids[i]); } // 创建消费者线程 for (int i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) { consumer_ids[i] = i; pthread_create(&consumers[i], NULL, consumer, &consumer_ids[i]); } // 等待所有线程退出 for (int i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) { pthread_join(producers[i], NULL); } for (int i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) { pthread_join(consumers[i], NULL); } sem_destroy(&mutex); sem_destroy(&empty); sem_destroy(&full); return 0; } ``` 在上面的代码中,我们定义了三个信号量:mutex、empty和full。mutex信号量用于互斥地访问缓冲池,empty信号量用于表示缓冲池中还有多少空位可以放置产品,full信号量用于表示缓冲池中还有多少产品可以被消费。每个生产者线程在生产一个产品之前先等待empty信号量,表示缓冲池中还有空位可以放置产品;然后等待mutex信号量,表示它要进入临界区(访问缓冲池);在生产完一个产品后,释放mutex信号量,表示它退出临界区;最后发送full信号量,表示缓冲池中又多了一个产品可以被消费。每个消费者线程在消费一个产品之前先等待full信号量,表示缓冲池中有产品可以被消费;然后等待mutex信号量,表示它要进入临界区(访问缓冲池);在消费完一个产品后,释放mutex信号量,表示它退出临界区;最后发送empty信号量,表示缓冲池中又多了一个空位可以放置产品。这样,就可以保证生产者和消费者之间的同步和互斥了。
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