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  • C语言实战——生产者消费者问题
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    2020-06-06 14:26:59

    C语言实战——生产者消费者问题

    方法摘要

    生产者消费者共享缓冲区,生产者向缓冲区中放数据,消费者从缓冲取中取数据,当缓冲区中被放满时,生产者进程就必须进入挂起状态,直到消费者从缓冲中取走数据时,生产者才能继续向缓冲区中存放数据,同样当缓冲取中没有数据时,消费者进程就必须进入挂起休眠状态,直到生产者向缓冲区中放入数据时,消费者才能被唤醒继续从缓冲区中取走数据。

    简写代码

    • 对于生产者:
    void producer(void)
    {
    	int item;
    	while(1)
    	{
    		item = produce_item();
    		if(count == N)					//如果缓冲区满就休眠
    		sleep();
    		insert_item(item);
    		count = count + 1;				//缓冲区数据项计数加1
    		if(count == 1)
    		wakeup(consumer);
    	}
    }
    
    • 这里的函数名只是简写,并没有按照要求,只是把其功能简单表述。
    • 对于消费者:
    void consumer(void)
    {
    	int item;
    	while(TRUE)
    	{
    		if(count == 0)				//如果缓冲区空就休眠
    			sleep();
    		item = remove_item();
    		count = count - 1;			//缓冲区数据项计数减1
    		if(count == N - 1)
    			wakeup(producer);
    		consume_item(item);
    	}
    }
    
    • 然而在特殊的情况下,即进程切换时,生产者唤醒消费者的新号可能会丢失,这样会导致生产者和消费者迟早都会休眠,导致死锁。

    信号量的引入

    • down和up(分别为一般化后的sleep和wakeup)。对一个信号量执行down操作,则是检查其值是否大于0。若该值大于0,则将其减1(即用掉一个保存的唤醒信号)并继续;若该值为0,则进程将睡眠,而且此时down操作并未结束。检查数值、修改变量值以及可能发生的睡眠操作均作为一个单一的、不可分割的原子操作完成。保证一旦一个信号量操作开始,则在该操作完成或阻塞之前,其他进程均不允许访问该信号量。这种原子性对于解决同步问题和避免竞争条件是绝对必要的。所谓原子操作,是指一组相关联的操作要么都不间断地执行,要么不执行。
    • up操作对信号量的值增1。如果一个或多个进程在该信号量上睡眠,无法完成一个先前的down操作,则由系统选择其中的一个(如随机挑选)并允许该进程完成它的down操作。于是,对一个有进程在其上睡眠的信号量执行一次up操作后,该信号量的值仍旧是0,但在其上睡眠的进程却少了一个。信号量的值增加1和唤醒一个进程同样也是不可分割的,不会有某个进程因执行up而阻塞,正如前面的模型中不会有进程因执行wakeup而阻塞一样。
    • P,V操作的含义:P(S)表示申请一个资源,S.value>0表示有资源可用,其值为资源的数目;S.value=0表示无资源可用;S.value<0则他的大小表示S等待队列中的进程个数。V(S)表示释放一个资源,信号量的初值应大于等于0。P操作相当于“等待一个信号”,V操作相当于“发送一个新号”,在实现互斥过程中,V操作相当于发送一个信号说临界资源可用了。实际上,在实现互斥时,P、V操作相当于申请资源和释放资源。
    • 该解决方案使用了三个信号量:一个称为full,用来记录充满缓冲槽数目,一个称为empty,记录空的缓冲槽总数;一个称为mutex,用来确保生产者和消费者不会同时访问缓冲区。full的初值为0,empty的初值为缓冲区中槽的个数,mutex的初值是1。供两个或多个进程使用的信号量,其初值为1,保证同时只有一个进程可以进入临界区,称为二元信号量。如果每个进程在进入临界区前都执行了down操作,并在退出时执行一个up操作,就能够实现互斥。
    #define N 100
    typedef int semaphore;
    semaphore mutex = 1;
    semaphore empty = N;
    semaphore full = 0;
    void producer(void)
    {
    	int item;
    	while(TRUE)
    	{
    		item = produce_item();
    		down(&empty);				//空槽数目减1,相当于P(empty)
    		down(&mutex);				//进入临界区,相当于P(mutex)
    		insert_item(item);			//将新数据放到缓冲区中
    		up(&mutex);				//离开临界区,相当于V(mutex)
    		up(&full);				//满槽数目加1,相当于V(full)
    	}
    }
    void consumer(void)
    {
    	int item;
    	while(TRUE)
    	{
    		down(&full);				//将满槽数目减1,相当于P(full)
    		down(&mutex);				//进入临界区,相当于P(mutex)
    		item = remove_item();	   		 //从缓冲区中取出数据
    		up(&mutex);				//离开临界区,相当于V(mutex)		
    		up(&empty);				//将空槽数目加1 ,相当于V(empty)
    		consume_item(item);			//处理取出的数据项
    	}
    }
    
    • 信号量的另一种用途是用于实现同步,信号量full和empty用来保证某种事件的顺序发生或不发生。在本例中,它们保证当缓冲区满的时候生产者停止运行,以及当缓冲区空的时候消费者停止运行。

    代码实现

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <pthread.h>
    #include <unistd.h>
    #define N 100
    #define true 1
    #define producerNum  5
    #define consumerNum  5
    #define sleepTime 5
    
    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(1)
    	{
            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(1)
    	{
            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(" 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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    生产者消费者问题c语言

    Here you will learn about producer consumer problem in C.

    在这里,您将了解C语言中的生产者消费者问题。

    Producer consumer problem is also known as bounded buffer problem. In this problem we have two processes, producer and consumer, who share a fixed size buffer. Producer work is to produce data or items and put in buffer. Consumer work is to remove data from buffer and consume it. We have to make sure that producer do not produce data when buffer is full and consumer do not remove data when buffer is empty.

    生产者使用者问题也称为有界缓冲区问题。 在这个问题中,我们有两个过程,生产者和消费者,它们共享一个固定大小的缓冲区。 生产者的工作是生产数据或项目并放入缓冲区。 消费者的工作是从缓冲区中删除数据并使用它。 我们必须确保当缓冲区已满时生产者不会产生数据,而当缓冲区为空时使用者不会删除数据。

    Also Read: Banker’s Algorithm in C

    另请参阅: C语言中的银行家算法

    The producer should go to sleep when buffer is full. Next time when consumer removes data it notifies the producer and producer starts producing data again. The consumer should go to sleep when buffer is empty. Next time when producer add data it notifies the consumer and consumer starts consuming data. This solution can be achieved using semaphores.

    当缓冲区已满时,生产者应进入睡眠状态。 下次消费者删除数据时,它将通知生产者,然后生产者再次开始生产数据。 当缓冲区为空时,消费者应入睡。 生产者下一次添加数据时,会通知消费者,消费者开始使用数据。 可以使用信号量实现此解决方案。

    producer consumer problem in c

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    C中的生产者消费者问题 (Producer Consumer Problem in C)

    Below is the program to implement this problem.

    下面是实现此问题的程序。

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
     
    int mutex=1,full=0,empty=3,x=0;
     
    int main()
    {
    	int n;
    	void producer();
    	void consumer();
    	int wait(int);
    	int signal(int);
    	printf("\n1.Producer\n2.Consumer\n3.Exit");
    	while(1)
    	{
    		printf("\nEnter your choice:");
    		scanf("%d",&n);
    		switch(n)
    		{
    			case 1:	if((mutex==1)&&(empty!=0))
    						producer();
    					else
    						printf("Buffer is full!!");
    					break;
    			case 2:	if((mutex==1)&&(full!=0))
    						consumer();
    					else
    						printf("Buffer is empty!!");
    					break;
    			case 3:
    					exit(0);
    					break;
    		}
    	}
    	
    	return 0;
    }
     
    int wait(int s)
    {
    	return (--s);
    }
     
    int signal(int s)
    {
    	return(++s);
    }
     
    void producer()
    {
    	mutex=wait(mutex);
    	full=signal(full);
    	empty=wait(empty);
    	x++;
    	printf("\nProducer produces the item %d",x);
    	mutex=signal(mutex);
    }
     
    void consumer()
    {
    	mutex=wait(mutex);
    	full=wait(full);
    	empty=signal(empty);
    	printf("\nConsumer consumes item %d",x);
    	x--;
    	mutex=signal(mutex);
    }

    Output

    输出量

    1.Producer 2.Consumer 3.Exit Enter your choice:1

    1. 生产者2. 消费者 3. 退出 输入您的选择:1

    Producer produces the item 1 Enter your choice:2

    生产者生产项目1 输入您的选择:2

    Consumer consumes item 1 Enter your choice:2 Buffer is empty!! Enter your choice:1

    消费者消费项目1 输入您的选择:2 缓冲区为空! 输入您的选择:1

    Producer produces the item 1 Enter your choice:1

    生产者生产项目1 输入您的选择:1

    Producer produces the item 2 Enter your choice:1

    生产者生产项目2 输入您的选择:1

    Producer produces the item 3 Enter your choice:1 Buffer is full!! Enter your choice:3

    生产者生产项目3 输入您的选择:1 缓冲区已满! 输入您的选择:3

    翻译自: https://www.thecrazyprogrammer.com/2016/09/producer-consumer-problem-c.html

    生产者消费者问题c语言

    展开全文
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  • 生产者消费者问题.c

    2019-11-26 08:08:44
    操作系统课程生产者消费者问题模拟程序,程序相对简单,通过这个模拟程序能够帮助学习者会更好的学习os,供有需要的人学习使用。
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    万次阅读 多人点赞 2018-05-27 10:51:24
    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,...

    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
    这里写图片描述
    消费者流程图
    这里写图片描述
    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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    展开全文
  • 生产者消费者问题(Producer-consumer problem) 是一个多线程同步问题的经典案例。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中,然后重复此过程。与此同时,消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要...

    生产者消费者问题(Producer-consumer problem) 是一个多线程同步问题的经典案例。

    生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中,然后重复此过程。与此同时,消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据,消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

    下面是一个m生产者n消费者k缓冲区的问题实现

    在ubuntu12.10下编译通过

    #include

    #include

    #include

    #include

    #include

    #define PRODUCER 10//生产者数量

    #define CONSUMER 8//消费者数量

    #define BUFFER 20//缓冲区数量

    sem_t empty,full;//同步信号量

    pthread_mutex_t mutex;//互斥信号量

    int buffer[BUFFER]; //缓冲区

    int producer_id=0,consumer_id=0;//生产者消费者ID

    int index_in=0,index_out=0;//生产者 消费者 存放 消费的位置

    void print()//输出缓冲区

    {

    int i;

    printf("Buffer:\n");

    for(i=0;i<20;i++)

    {

    printf("___");

    }

    printf("\n");

    for(i=0;i<20;i++)

    printf("|%d|",buffer[i]);

    printf("\n");

    for(i=0;i<20;i++)

    {

    printf("———");

    }

    printf("\n");

    }

    void *Producer()//生产者函数

    {

    int ID=++producer_id;

    while(1)

    {

    sleep(3);

    sem_wait(&empty);

    pthread_mutex_lock(&mutex);

    index_in=index_in%BUFFER;

    printf("Producer %d in %d.\n",ID,index_in);

    buffer[index_in]=1;//缓冲区置0

    print();//输出缓冲区情况

    index_in++;

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    sem_post(&full);

    }

    }

    void *Consumer()//消费者函数

    {

    int ID=++consumer_id;

    while(1)

    {

    sleep(3);

    sem_wait(&full);

    pthread_mutex_lock(&mutex);

    index_out=index_out%BUFFER;

    printf("\033[01;34mConsumer %d in %d\033[0m\n",ID,index_out);

    buffer[index_out]=0;//缓冲区置0

    print();//输出缓冲区情况

    index_out++;

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    sem_post(&empty);

    }

    }

    int main()

    {

    //freopen("text.txt","w",stdout);

    int rthread[18],i;

    pthread_t producer[PRODUCER];//生产者

    pthread_t consumer[CONSUMER];//消费者

    int sinit1=sem_init(&empty,0,BUFFER);//初始化同步信号量

    int sinit2=sem_init(&full,0,0);

    int minit =pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//初始化互斥信号量

    if(sinit1 && sinit2)

    {

    printf("sem initialize failed /n");

    exit(1);

    }

    if(minit)

    {

    printf("sem initialize failed /n");

    exit(1);

    }

    for(i=0;i

    {

    rthread[i]=pthread_create(&producer[i], NULL, Producer, NULL);

    if(rthread[i])

    {

    printf("producer %d create failed /n", i);

    exit(1);

    }

    }

    for(i=0;i

    {

    rthread[i]=pthread_create(&consumer[i], NULL, Consumer,NULL);

    if(rthread[i])

    {

    printf("consumer %d create failed /n", i);

    exit(1);

    }

    }

    for(i=0;i

    {

    pthread_join(producer[i],NULL);

    }

    for(i=0;i

    {

    pthread_join(consumer[i],NULL);

    }

    exit(0);

    }

    运行结果

    0818b9ca8b590ca3270a3433284dd417.png

    …………

    展开全文
  • 1、通过编写程序,掌握基本的同步互斥算法,理解生产者消费者模型。 2、了解多线程并发执行机制,线程间的同步和互斥。 3、学习使用同步对象,掌握相应的函数。
  • 1.利用记录型信号量解决生产者-消费者问题.odt1.利用记录型信号量解决生产者-消费者问题.odt1.利用记录型信号量解决生产者-消费者问题.odt
  • 本文档是大学本科课程嵌入式系统课程作业,代码在实验报告里面,c语言实现的生产者消费者问题,使用信号量编程,semaphore,运行环境是Linux ubantu,希望对大家有帮助
  • 生产者消费者问题C语言实现

    万次阅读 2018-06-09 12:52:18
    实验六 生产者/消费者问题实验一、实验目的掌握Linux下生产者/消费者问题算法的实现 二、实验原理1.clone系统调用:功能:创建一个轻进程或线程用法:intclone (int (*fn)(void *arg),void *stack,int flag,void *...
  • 实验要求:要求程序运行时,按任意键停止,显示各种信息 #include #...进行任意键停止程序 存在问题:当按下任意键后只能显示上一步操作后的结果,如上一步操作的是生产者,那么任意键停止后只能显示生产者的信息
  • 第二步:实现生产者/消费者问题 1)有一群生产者进程在生产产品,并将这些产品提供给消费者进程去消费。为使生产者进程与消费者进程能并发执行,在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池:生产者进程从文件中读取...
  • 本文介绍并实现了生产者消费者经典进程同步问题
  • C语言多线程之生产者消费者问题

    千次阅读 2018-06-17 20:44:58
    //设计可唤醒消费者生产者 void producer() { while (1) { //模拟正在生产 int d = 1 + rand () % 100;//代表生产的产品名字 delay(50000); //生产后产品入库 sem_wait(&unoccupied);//P操作,将对应的...
  • 今儿个看了看consumer-producer问题感觉应该比较简单,就打算用C&amp;C++实现一下,好吧果然很简单。   唯一困扰我比较久的问题就是,C和C++的隐藏机制有一部分不是很一样,导致两者代码不能很好的融合。 ...
  • 操作系统的课程实验,在Linux下生产者-消费者问题C语言实现。
  • 满意答案woliumoran推荐于 2017.12.16采纳率:46%等级:12已帮助:3950人//整个程序以...就是通过你所学的知识模拟一个效果即可//利用P,V操作使得在同一时刻,生产者消费者只能有一个对存储区操作(即临界区)。//...
  • 参考教材中的生产者消费者算法,创建5个进程,其中两个进程为生产者进程,3个进程为消费者进程。一个生产者进程试图不断地在一个缓冲中写入大写字母,另一个生产者进程试图不断地在缓冲中写入小写字母。3个消费者...
  •   以生产者消费者问题为例,学习并熟悉Linux下进程通信、同步机制的具体实现方法,主要是了解并掌握信号量机制和共享内存的使用方法,进一步熟悉Linux系统的相关指令的调用。 【实验内容】   使用共享内存和...
  • 生产者消费者问题 一个生产者和n个消费者共享内存 在此模拟中,一个生产者将m个元素发送给n个消费者。 这些元素以一个元素的容量存储在共享内存段中。 每个元素都包含一个随机整数和一个时间戳。 在模拟结束时,...
  • 本实验要求设计在同一个进程地址...生产者线程生产物品时,若无空缓冲区可用,生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区;消费者线程消费物品时,若缓冲区为空,消费者线程将被阻塞,直到新的物品被生产出来。

空空如也

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生产者消费者问题c