生產者消費者問題 虛擬碼和C語言多執行緒實現
生產者消費者問題是作業系統中的一個經典的問題。
他描述的是一個,多個生產者與多個消費者共享多個緩衝區的事情,具體的定義百度。
然後看了作業系統的書籍如何解決書上給的虛擬碼是這樣的
item B[k];
semaphore empty; empty=k; //可以使用的空緩衝區數
semaphore full; full=0; //緩衝區內可以使用的產品數
semaphore mutex; mutex=1; //互斥訊號量
int in=0; //放入緩衝區指標
int out=0; //取出緩衝區指標
cobegin
process producer_i ( ) { process consumer_j( ) {
while(true) { while(true) {
produce( ); P(full);
P(empty); P(mutex);
P(mutex); take( ) from B[out];
append to B[in]; V(empty);
in =(in+1)%k; out=(out+1)%k;
V(mutex); V(mutex);
V(full); consume( );
} }
} }
coend
上面的註釋,和過程已經比較到位了,只是我習慣用我的方法,即把生產和消費,放入臨界區所以下面是我解決生產消費模型所用的虛擬碼
item B[k];
semaphore empty; empty=k; //可以使用的空緩衝區數
semaphore full; full=0; //緩衝區內可以使用的產品數
semaphore mutex; mutex=1; //互斥訊號量
int in=0; //放入緩衝區指標
int out=0; //取出緩衝區指標
cobegin
process producer_i ( ) { process consumer_j( ) {
while(true) { while(true) {
P(empty); P(full);
P(mutex); P(mutex);
produce( ); take( ) from B[out];
append to B[in]; consume( );
in=(in+1)%k; out=(out+1)%k;
V(mutex); V(mutex);
V(full); V(empty);
} }
} }
coend
好了說了這麼多我該帖下我的程式碼了,此程式碼在Linux環境下的多執行緒操作,用到了訊號量的。。。
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
#define CONSUMERS_COUNT 2 //消費者人數
#define PRODUCERS_COUNT 2 //生產者人數
#define BUFFSIZE 5
int g_buffer[BUFFSIZE]; //緩衝區數目
unsigned short in = 0; //放入產品的指標(生產到哪個緩衝區)
unsigned short out = 0; //取出緩衝區指標 (在哪個緩衝區消費的)
unsigned short produce_id = 0;
unsigned short consume_id = 0;
sem_t g_sem_full; //可以使用的空緩衝區數(緩衝區中可以生產多少產品)
sem_t g_sem_empty; //緩衝區內可以使用的產品數(可以消費的產品數)
pthread_mutex_t g_mutex; //互斥訊號量
pthread_t g_thread[CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT];
void *consume(void *arg)
{
int i;
int num = (int)arg;
while (1)
{
printf("%d wait buffer not empty\n", num);
sem_wait(&g_sem_empty);
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
//遍歷緩衝區,看有哪些緩衝區是可以生產產品的
for (i = 0; i < BUFFSIZE; i++)
{
printf("%02d ", i);
if (g_buffer[i] == -1)
printf("%s", "null");
else
printf("%d", g_buffer[i]);
if (i == out)
printf("\t<--consume");
printf("\n");
}
//produce()操作(生產產品)
consume_id = g_buffer[out];
printf("%d begin consume product %d\n", num, consume_id);
g_buffer[out] = -1;
//將取出緩衝區的指標偏移1(下個生產的位置)
out = (out + 1) % BUFFSIZE;
printf("%d end consume product %d\n", num, consume_id);
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
sem_post(&g_sem_full);
sleep(1);
}
return NULL;
}
void *produce(void *arg)
{
int num = (int)arg;
int i;
while (1)
{
printf("%d wait buffer not full\n", num);
sem_wait(&g_sem_full);
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
for (i = 0; i < BUFFSIZE; i++)
{
printf("%02d ", i);
if (g_buffer[i] == -1)
printf("%s", "null");
else
printf("%d", g_buffer[i]);
if (i == in)
printf("\t<--produce");
printf("\n");
}
printf("%d begin produce product %d\n", num, produce_id);
g_buffer[in] = produce_id;
in = (in + 1) % BUFFSIZE;
printf("%d end produce product %d\n", num, produce_id++);
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
sem_post(&g_sem_empty);
sleep(5);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
int i;
for (i = 0; i < BUFFSIZE; i++)
g_buffer[i] = -1;
sem_init(&g_sem_full, 0, BUFFSIZE);
sem_init(&g_sem_empty, 0, 0);
pthread_mutex_init(&g_mutex, NULL);
for (i = 0; i < CONSUMERS_COUNT; i++)
pthread_create(&g_thread[i], NULL, consume, (void *)i);
for (i = 0; i < PRODUCERS_COUNT; i++)
pthread_create(&g_thread[CONSUMERS_COUNT + i], NULL, produce, (void *)i);
for (i = 0; i < CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT; i++)
pthread_join(g_thread[i], NULL);
sem_destroy(&g_sem_full);
sem_destroy(&g_sem_empty);
pthread_mutex_destroy(&g_mutex);
return 0;
}
將程式執行,可得到這個結果
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