操作系统生产者与消费者代码

生产者与消费者问题是一个经典的同步问题，在操作系统中常用于线程间的协作。下面是一个简单的生产者与消费者的代码示例，使用了互斥锁和条件变量来实现线程间的同步：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define BUFFER_SIZE 10

int buffer[BUFFER_SIZE];
int count = 0;  // 缓冲区中的元素数量
int in = 0;     // 生产者将要插入的位置
int out = 0;    // 消费者将要取出的位置

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t not_full = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t not_empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void *producer(void *arg)
{
    int i, item;
    for (i = 0; i < 20; i++) {
        item = rand() % 100;  // 产生随机数作为生产的物品
        pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁
        while (count == BUFFER_SIZE) {  // 缓冲区已满，等待消费者消费
            pthread_cond_wait(&not_full, &mutex);
        }
        buffer[in] = item;  // 将物品插入缓冲区
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        count++;
        printf("生产者 %ld 生产了 %d，当前缓冲区中有 %d 个物品\n", (long)arg, item, count);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
        pthread_cond_signal(&not_empty);  // 唤醒等待的消费者
        sleep(1);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

void *consumer(void *arg)
{
    int i, item;
    for (i = 0; i < 20; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁
        while (count == 0) {  // 缓冲区为空，等待生产者生产
            pthread_cond_wait(&not_empty, &mutex);
        }
        item = buffer[out];  // 从缓冲区取出物品
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        count--;
        printf("消费者 %ld 消费了 %d，当前缓冲区中有 %d 个物品\n", (long)arg, item, count);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
        pthread_cond_signal(&not_full);  // 唤醒等待的生产者
        sleep(1);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

int main()
{
    pthread_t p1, p2, c1, c2;
    long i;
    srand(time(NULL));
    pthread_create(&p1, NULL, producer, (void *)1);
    pthread_create(&p2, NULL, producer, (void *)2);
    pthread_create(&c1, NULL, consumer, (void *)1);
    pthread_create(&c2, NULL, consumer, (void *)2);
    pthread_join(p1, NULL);
    pthread_join(p2, NULL);
    pthread_join(c1, NULL);
    pthread_join(c2, NULL);
    return 0;
}

上述代码中，生产者和消费者线程都通过一个无限循环来执行任务，它们之间通过互斥锁和条件变量实现同步。当缓冲区已满时，生产者线程会等待消费者线程将物品取出；当缓冲区为空时，消费者线程会等待生产者线程将物品插入。使用条件变量的好处是，当等待的条件不成立时，线程会自动释放互斥锁并进入等待状态，直到条件成立后重新获取锁并继续执行。