实验目的
①实现生产者—消费者问题的模拟,以便更好的理解此经典进程同步问题。生产者-消费者问题是典型的PV操作问题,假设系统中有一个比较大的缓冲池,生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中,而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产品。缓冲池被占用时,任何进程都不能访问。

②每一个生产者都要把自己生产的产品放入缓冲池,每个消费者从缓冲池中取走产品消费。在这种情况下,生产者消费者进程同步,因为只有通过互通消息才知道是否能存入产品或者取走产品。他们之间也存在互斥,即生产者消费者必须互斥访问缓冲池,即不能有两个以上的进程同时进行。

实验原理
在同一个进程地址空间内执行两个线程。生产者线程生产物品,然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。消费者线程从缓冲区中获得物品,然后释放缓冲区。当生产者线程生产物品时,如果没有空缓冲区可用,那么生产者线程必须等待消费者线程释放一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时,如果没有满的缓冲区,那么消费者线程将被阻挡,直到新的物品被生产出来。

生产者流程图
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消费者流程图
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注意点
①本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的是指是P、V操作,实验设一个共享缓冲区,生产者和消费者互斥的使用,当一个线程使用缓冲区的时候,另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。
②生产者与消费者是一个与现实有关的经验问题,通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。 通过本实验设计,我们对操作系统的P、V进一步的认识,深入的了解P、V操作的实质和其重要性。课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。
③Linux环境下编写变异C语言有Windows稍有不同,注意在Linux中编译带有线程

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <windows.h>
#define N 100
#define true 1
#define producerNum  10
#define consumerNum  5
#define sleepTime 1000

typedef int semaphore;
typedef int item;
item buffer[N] = {0};
int in = 0;
int out = 0;
int proCount = 0;
semaphore mutex = 1, empty = N, full = 0, proCmutex = 1;

void * producer(void * a){
    while(true){
        while(proCmutex <= 0);
        proCmutex--;
        proCount++;
        printf("生产一个产品ID%d, 缓冲区位置为%d\n",proCount,in);
        proCmutex++;

        while(empty <= 0){
            printf("缓冲区已满!\n");
        }
        empty--;

        while(mutex <= 0);
        mutex--;

        buffer[in] = proCount;
        in = (in + 1) % N;

        mutex++;
        full++;
        Sleep(sleepTime);
    }
}

void * consumer(void *b){
    while(true){
        while(full <= 0){
            printf("缓冲区为空!\n");
        }
        full--;

        while(mutex <= 0);
        mutex--;

        int nextc = buffer[out];
        buffer[out] = 0;//消费完将缓冲区设置为0

        out = (out + 1) % N;

        mutex++;
        empty++;

        printf("\t\t\t\t消费一个产品ID%d,缓冲区位置为%d\n", nextc,out);
        Sleep(sleepTime);
    }
}

int main()
{
    pthread_t threadPool[producerNum+consumerNum];
    int i;
    for(i = 0; i < producerNum; i++){
        pthread_t temp;
        if(pthread_create(&temp, NULL, producer, NULL) == -1){
            printf("ERROR, fail to create producer%d\n", i);
            exit(1);
        }
        threadPool[i] = temp;
    }//创建生产者进程放入线程池


    for(i = 0; i < consumerNum; i++){
        pthread_t temp;
        if(pthread_create(&temp, NULL, consumer, NULL) == -1){
            printf("ERROR, fail to create consumer%d\n", i);
            exit(1);
        }
        threadPool[i+producerNum] = temp;
    }//创建消费者进程放入线程池


    void * result;
    for(i = 0; i < producerNum+consumerNum; i++){
        if(pthread_join(threadPool[i], &result) == -1){
            printf("fail to recollect\n");
            exit(1);
        }
    }//运行线程池
    return 0;
}

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