参考教材中的生产者消费者算法,创建5个进程,其中两个进程为生产者进程,3个进程为消费者进程。一个生产者进程试图不断地在一个缓冲中写入大写字母,另一个生产者进程试图不断地在缓冲中写入小写字母。3个消费者不断地从缓冲中读取一个字符并输出。为了使得程序的输出易于看到结果,仿照的实例程序,分别在生产者和消费者进程的合适的位置加入一些随机睡眠时间。 提示:为了使5个进程能够共享缓冲区,可以将这个缓冲区放置在一片共享内存,每一个进程将这片共享内存附接在自己的地址空间中。进程间的同步互斥请使用信号量。

时间: 2024-01-24 14:17:03 浏览: 28
以下是基于Linux系统下的C语言实现的代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <sys/sem.h> #include <string.h> #include <time.h> #define SHM_SIZE 1024 #define BUFFER_SIZE 10 union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; struct seminfo *__buf; }; struct shared_buffer { char buffer[BUFFER_SIZE]; int head; int tail; }; void error_exit(char *message) { fprintf(stderr, "%s\n", message); exit(EXIT_FAILURE); } int create_shared_memory() { key_t key = ftok(".", 'a'); int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666); if (shmid == -1) { error_exit("Could not create shared memory"); } return shmid; } int create_semaphore(int n) { key_t key = ftok(".", 'b'); int semid = semget(key, n, IPC_CREAT | 0666); if (semid == -1) { error_exit("Could not create semaphore"); } return semid; } void set_semaphore(int semid, int i, int value) { union semun arg; arg.val = value; if (semctl(semid, i, SETVAL, arg) == -1) { error_exit("Could not set semaphore value"); } } void sem_wait(int semid, int i) { struct sembuf buf; buf.sem_num = i; buf.sem_op = -1; buf.sem_flg = SEM_UNDO; if (semop(semid, &buf, 1) == -1) { error_exit("Could not execute sem_wait"); } } void sem_signal(int semid, int i) { struct sembuf buf; buf.sem_num = i; buf.sem_op = 1; buf.sem_flg = SEM_UNDO; if (semop(semid, &buf, 1) == -1) { error_exit("Could not execute sem_signal"); } } void destroy_shared_memory(int shmid, void *shmaddr) { if (shmdt(shmaddr) == -1) { error_exit("Could not detach shared memory"); } if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) { error_exit("Could not remove shared memory"); } } void destroy_semaphore(int semid) { if (semctl(semid, 0, IPC_RMID) == -1) { error_exit("Could not remove semaphore"); } } void producer_upper_case(int shmid, int semid) { struct shared_buffer *buffer = (struct shared_buffer *)shmat(shmid, NULL, 0); if (buffer == (void *)-1) { error_exit("Could not attach shared memory"); } srand(time(NULL)); char upper_case_letters[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"; while (1) { char c = upper_case_letters[rand() % strlen(upper_case_letters)]; sem_wait(semid, 0); sem_wait(semid, 2); if ((buffer->tail + 1) % BUFFER_SIZE == buffer->head) { printf("Buffer is full, producer_upper_case waits...\n"); sem_signal(semid, 2); sleep(rand() % 5); } else { buffer->buffer[buffer->tail] = c; buffer->tail = (buffer->tail + 1) % BUFFER_SIZE; printf("producer_upper_case produced: %c\n", c); sem_signal(semid, 1); sem_signal(semid, 2); sleep(rand() % 3); } } destroy_shared_memory(shmid, buffer); } void producer_lower_case(int shmid, int semid) { struct shared_buffer *buffer = (struct shared_buffer *)shmat(shmid, NULL, 0); if (buffer == (void *)-1) { error_exit("Could not attach shared memory"); } srand(time(NULL)); char lower_case_letters[] = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"; while (1) { char c = lower_case_letters[rand() % strlen(lower_case_letters)]; sem_wait(semid, 0); sem_wait(semid, 2); if ((buffer->tail + 1) % BUFFER_SIZE == buffer->head) { printf("Buffer is full, producer_lower_case waits...\n"); sem_signal(semid, 2); sleep(rand() % 5); } else { buffer->buffer[buffer->tail] = c; buffer->tail = (buffer->tail + 1) % BUFFER_SIZE; printf("producer_lower_case produced: %c\n", c); sem_signal(semid, 1); sem_signal(semid, 2); sleep(rand() % 3); } } destroy_shared_memory(shmid, buffer); } void consumer(int shmid, int semid, char *name) { struct shared_buffer *buffer = (struct shared_buffer *)shmat(shmid, NULL, 0); if (buffer == (void *)-1) { error_exit("Could not attach shared memory"); } while (1) { sem_wait(semid, 1); sem_wait(semid, 2); char c = buffer->buffer[buffer->head]; buffer->head = (buffer->head + 1) % BUFFER_SIZE; printf("%s consumed: %c\n", name, c); sem_signal(semid, 0); sem_signal(semid, 2); sleep(rand() % 3); } destroy_shared_memory(shmid, buffer); } int main() { int shmid = create_shared_memory(); int semid = create_semaphore(3); set_semaphore(semid, 0, BUFFER_SIZE); set_semaphore(semid, 1, 0); set_semaphore(semid, 2, 1); pid_t pid_upper_case = fork(); if (pid_upper_case == -1) { error_exit("Could not create producer_upper_case process"); } else if (pid_upper_case == 0) { producer_upper_case(shmid, semid); exit(EXIT_SUCCESS); } pid_t pid_lower_case = fork(); if (pid_lower_case == -1) { error_exit("Could not create producer_lower_case process"); } else if (pid_lower_case == 0) { producer_lower_case(shmid, semid); exit(EXIT_SUCCESS); } pid_t pid_consumer1 = fork(); if (pid_consumer1 == -1) { error_exit("Could not create consumer1 process"); } else if (pid_consumer1 == 0) { consumer(shmid, semid, "consumer1"); exit(EXIT_SUCCESS); } pid_t pid_consumer2 = fork(); if (pid_consumer2 == -1) { error_exit("Could not create consumer2 process"); } else if (pid_consumer2 == 0) { consumer(shmid, semid, "consumer2"); exit(EXIT_SUCCESS); } pid_t pid_consumer3 = fork(); if (pid_consumer3 == -1) { error_exit("Could not create consumer3 process"); } else if (pid_consumer3 == 0) { consumer(shmid, semid, "consumer3"); exit(EXIT_SUCCESS); } wait(NULL); destroy_semaphore(semid); return 0; } ``` 在上面的代码中,我们使用了共享内存和信号量来实现进程之间的同步和互斥。`create_shared_memory` 函数创建并返回一片共享内存区域的标识符,`create_semaphore` 函数创建并返回一个包含 3 个信号量的信号量集合的标识符。`set_semaphore` 函数将一个信号量的值设置为指定的值,`sem_wait` 函数将一个信号量的值减 1,如果信号量的值小于 0,则阻塞进程,`sem_signal` 函数将一个信号量的值加 1。 `producer_upper_case` 函数是一个生产者进程,不断地在共享内存中的缓冲区中写入大写字母。在写入字母之前,它会先等待空闲的缓冲区位置和互斥锁。如果缓冲区已满,则它会等待一段随机时间再尝试写入。写入后,它会释放互斥锁并唤醒一个等待读取的消费者进程。`producer_lower_case` 函数是另一个生产者进程,不断地在共享内存中的缓冲区中写入小写字母,与 `producer_upper_case` 函数的实现类似。 `consumer` 函数是一个消费者进程,不断地从共享内存中的缓冲区中读取一个字符并输出。在读取前,它会先等待有可读取的字符和互斥锁。如果缓冲区为空,则它会等待一段随机时间再尝试读取。读取后,它会释放互斥锁并唤醒一个等待写入的生产者进程。 在 `main` 函数中,我们首先创建共享内存和信号量,并初始化信号量的值。然后,我们创建两个生产者进程和三个消费者进程。最后,我们等待所有子进程结束并销毁信号量。

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