使用POSIX条件变量与互斥锁解决生产者-消费者同步

"这篇大作业关注的是在操作系统中如何实现生产者消费者同步问题，主要使用POSIX条件变量和互斥锁。目标是让学生理解和掌握操作系统中的同步机制，特别是互斥锁和条件变量的工作原理。实验内容包括在缓冲区为空时阻止消费者消费，有新的产品生产后唤醒消费者；同时在缓冲区满时阻止生产者生产，消费者消费后唤醒生产者。预备知识涵盖了与线程相关的多个POSIX函数，如互斥锁的初始化、锁定和解锁，条件变量的初始化、销毁、等待和信号发送等。实验代码示例中，定义了一个全局互斥锁和条件变量，以及一个共享的缓冲区结构体。" 生产者消费者同步问题是多线程编程中经典的问题，它的核心在于如何协调生产者线程（生产数据）和消费者线程（消费数据）之间的协作，使得数据的生产和消费能够有序进行，避免数据竞争和死锁。在这个实验中，使用了POSIX线程库（pthread）中的互斥锁和条件变量来解决这个问题。 互斥锁（pthread_mutex_t）用于保护共享资源，确保任何时候只有一个线程能够访问。在本例中，互斥锁保护了缓冲区（BUFFER），使得在同一时刻，只能有一个线程（生产者或消费者）对缓冲区进行操作。当一个线程获得了锁，其他试图获取锁的线程将被阻塞，直到锁被释放。 条件变量（pthread_cond_t）则用来实现线程间的同步。当某个条件不满足时，线程可以释放锁并等待条件变量，进入等待状态，直到其他线程改变了条件并发送信号（pthread_cond_signal）。在这个实验中，当缓冲区为空，消费者线程会等待条件变量`cond`，直到生产者生产了新的产品并发送信号；相反，当缓冲区满，生产者线程会等待条件变量，直到消费者消费了产品。 实验代码示例中，创建了两个线程，一个负责生产（producer函数），一个负责消费（consumer函数）。主线程创建这两个线程后，使用`pthread_create`启动它们，并通过`pthread_join`等待它们完成。`producer`和`consumer`函数会分别使用`pthread_mutex_lock`和`pthread_mutex_unlock`来获取和释放互斥锁，以及`pthread_cond_wait`和`pthread_cond_signal`来处理条件变量。 此外，预备知识列表还提到了无名和有名信号量，虽然在示例代码中没有使用，但它们也是常见的同步机制。无名信号量（sem_t）用于控制对共享资源的访问，而有名信号量（key_t）可以在不同进程间共享，提供了更灵活的同步方式。 这个大作业通过实际编程练习，让学生深入理解了互斥锁和条件变量在解决生产者消费者同步问题中的应用，以及如何利用这些工具来实现线程间的协作和同步。