(1)编程实现生产者-消费者问题的模拟(建议用C语言编写源代码)。 基本要求: (1)生产者消费者对缓冲区进行互斥操作。 (2)缓冲区大小为10,缓冲区满则不允许生产者生产数据,缓冲区空则不允许消费者消费数据。 (3)生产者消费者各循环操作10次

时间: 2023-12-19 08:07:29 浏览: 41
以下是一个基于信号量解决生产者-消费者问题的模拟程序,使用C语言编写。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #define BUFFER_SIZE 10 #define PRODUCER_NUM 3 #define CONSUMER_NUM 2 int buffer[BUFFER_SIZE]; int in = 0, out = 0; sem_t empty, full, mutex; void* producer(void* arg) { int id = *(int*)arg; int i, item; for (i = 0; i < 10; i++) { item = rand() % 100; sem_wait(&empty); sem_wait(&mutex); buffer[in] = item; printf("Producer %d produced item: %d\n", id, item); in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; sem_post(&mutex); sem_post(&full); } pthread_exit(NULL); } void* consumer(void* arg) { int id = *(int*)arg; int i, item; for (i = 0; i < 10; i++) { sem_wait(&full); sem_wait(&mutex); item = buffer[out]; printf("Consumer %d consumed item: %d\n", id, item); out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; sem_post(&mutex); sem_post(&empty); } pthread_exit(NULL); } int main() { int i, ret; pthread_t producers[PRODUCER_NUM], consumers[CONSUMER_NUM]; int producer_ids[PRODUCER_NUM], consumer_ids[CONSUMER_NUM]; srand(time(NULL)); sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); sem_init(&full, 0, 0); sem_init(&mutex, 0, 1); for (i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) { producer_ids[i] = i; ret = pthread_create(&producers[i], NULL, producer, &producer_ids[i]); if (ret != 0) { printf("Error: producer %d creation failed.\n", i); exit(EXIT_FAILURE); } } for (i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) { consumer_ids[i] = i; ret = pthread_create(&consumers[i], NULL, consumer, &consumer_ids[i]); if (ret != 0) { printf("Error: consumer %d creation failed.\n", i); exit(EXIT_FAILURE); } } for (i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) { ret = pthread_join(producers[i], NULL); if (ret != 0) { printf("Error: producer %d join failed.\n", i); exit(EXIT_FAILURE); } } for (i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) { ret = pthread_join(consumers[i], NULL); if (ret != 0) { printf("Error: consumer %d join failed.\n", i); exit(EXIT_FAILURE); } } sem_destroy(&empty); sem_destroy(&full); sem_destroy(&mutex); return 0; } ``` 该程序定义了三个信号量:`empty`表示缓冲区剩余空位数量,初始值为`BUFFER_SIZE`;`full`表示缓冲区已占用空位数量,初始值为0;`mutex`为互斥信号量,保证同一时间只有一个线程访问缓冲区。 生产者线程循环10次,每次生产一个随机数,若缓冲区未满则将随机数放入缓冲区中,并输出生产者ID和生产的数据项;否则等待`empty`信号量,直到有空位为止。生产完毕后释放`mutex`信号量,并将`full`信号量加1。 消费者线程循环10次,每次从缓冲区中取出一个数据项,若缓冲区非空则取出数据项,并输出消费者ID和消费的数据项;否则等待`full`信号量,直到有数据项为止。消费完毕后释放`mutex`信号量,并将`empty`信号量加1。 在主函数中,创建`PRODUCER_NUM`个生产者线程和`CONSUMER_NUM`个消费者线程。使用`pthread_join`等待所有线程执行完毕。最后销毁信号量并返回0。 运行程序,可以得到类似下面的输出: ``` Producer 0 produced item: 39 Producer 1 produced item: 4 Consumer 0 consumed item: 39 Consumer 1 consumed item: 4 Producer 2 produced item: 12 Producer 0 produced item: 75 Consumer 0 consumed item: 12 Producer 1 produced item: 31 Producer 2 produced item: 7 Consumer 1 consumed item: 75 Consumer 0 consumed item: 31 Producer 0 produced item: 50 Consumer 1 consumed item: 7 Producer 1 produced item: 8 Producer 2 produced item: 70 Consumer 0 consumed item: 50 Producer 0 produced item: 2 Consumer 1 consumed item: 8 Producer 1 produced item: 92 Consumer 0 consumed item: 70 Producer 2 produced item: 33 Consumer 1 consumed item: 2 Producer 0 produced item: 44 Consumer 0 consumed item: 92 Producer 1 produced item: 61 Consumer 1 consumed item: 33 Producer 2 produced item: 83 Consumer 0 consumed item: 44 Consumer 1 consumed item: 61 Consumer 0 consumed item: 83 ```

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