生产者与消费者问题C语言实现

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

消费者流程图

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 1000typedef 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0out = (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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