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目录

题目：

第1关：生产者消费者问题实践

任务：

相关知识

代码：

效果截图：

第2关：进程互斥和同步

任务

相关知识 

代码：

效果截图：

总结

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题目：

第1关：生产者消费者问题实践

任务：

    生产者—消费者之间设置一个具有n个缓存区的缓冲池，生产者进程将他所生产的产品放入一个缓冲区；消费者进程可以从一个缓冲区中取走产品去消费。不允许消费者进程到一个空缓冲去取产品。不允许生产者进程向一个已装满产品且尚未取走的缓冲区投放产品。使用多线程实现生产者和消费者问题模型，使用锁和信号量控制线程之间的同步。

相关知识

1.多线程相关的系统调用，

2.使用锁控制进程互斥，

3.使用信号量控制进程同步

多线程相关的系统调用

创建线程 pthread_create pthread_create(&thrd1, NULL, (void *)&thread_function, (void *) &some_argument); 线程创建函数包含四个变量，分别为：

1.一个线程变量名，被创建线程的标识

2. 线程的属性指针，缺省为NULL即可

3. 被创建线程的程序代码

4. 程序代码的参数

        线程等待 pthread_join pthread_create调用成功以后，新线程和老线程谁先执行，谁后执行用户是不知道的，这一块取决与操作系统对线程的调度，如果我们需要等待指定线程结束，需要使用pthread_join函数，这个函数实际上类似与多进程编程中的waitpid。 举个例子，以下假设 A 线程调用 pthread_join 试图去操作B线程，该函数将A线程阻塞，直到B线程退出，当B线程退出以后，A线程会收集B线程的返回码。 该函数包含两个参数：

1. pthread_t th //th是要等待结束的线程的标识
2. void **thread_return //指针thread_return指向的位置存放的是终止线程的返回状态。
3. 调用实例：pthread_join(thrd1, NULL);

使用锁控制进程互斥

在主线程中初始化锁为解锁状态 pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); 访问对象时的加锁操作与解锁操作 加锁 pthread_mutex_lock(&mutex) 释放锁 pthread_mutex_unlock(&mutex)

利用信号量实现进程同步

先引入头文件 #include <semaphore.h> 初始化信号量： int sem_init(sem_t \*sem, int pshared, unsigned int value); 成功返回0，失败返回-1 参数 sem：指向信号量结构的一个指针 pshared： 不是0的时候，该信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程们共享 value：信号量的初始值 信号量减1操作，当sem=0的时候该函数会堵塞 int sem_wait(sem_t *sem); 成功返回0，失败返回-1 参数 sem：指向信号量的一个指针 信号量加1操作 int sem_post(sem_t *sem); 参数与返回同上 销毁信号量 int sem_destroy(sem_t *sem); 参数与返回同上

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

#define SIZE 10

int in=0;
int out=0;
int buffer[SIZE];
sem_t empty;
sem_t full;
pthread_mutex_t mutex;

void *Producer()
{
    int nextp=0;
    int i=0;
    for(; i <10; ++i)
    {  
        int time = rand() % 10 + 1;
                                usleep(time*100000); 
                                sem_wait(&empty); 
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        nextp = nextp + 1;
        buffer[in] = nextp;
        printf("Produce one message:%d\n", nextp);
        fflush(stdout);//printf后请一定调用这句刷新输出缓存
        in = (in + 1) % SIZE;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);         //互斥锁解锁
        sem_post(&full);
    }
}

void *Consumer()
{
    //请补充消费者线程函数代码
    int i=0;
    for(i=0;i<10;++i)
    {
        int time=rand()%10+1;
        usleep(time*100000);
        sem_wait(&full);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        int nextc=buffer[out];
        out=(out+1)%SIZE;
        printf("Consume one message:%d\n",nextc);
        fflush(stdout);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&empty);
    }
}


int main()
{   
    sem_init(&empty, 0, 10);    //信号量初始化（最多容纳10条消息，容纳了10条生产者将不会生产消息）
    sem_init(&full, 0, 0);      
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);  //互斥锁初始化     
    pthread_t producid; 
    pthread_t consumid;     
    pthread_create(&producid, NULL, Producer, NULL);   //创建生产者线程    
    pthread_create(&consumid, NULL, Consumer, NULL);   //创建消费者线程    
    pthread_join(producid, NULL);   
    pthread_join(consumid, NULL);   
    sem_destroy(&empty);         //信号量的销毁
    sem_destroy(&full);    
    pthread_mutex_destroy(&mutex);   //互斥锁的销毁
    return 0;
}

效果截图：

第2关：进程互斥和同步

任务

     桌上有个能盛的下五个水果的空盘子。爸爸不停的向盘中放苹果或桔子，儿子不停的从盘中取出桔子享用，女儿不停的从盘中取出苹果享用。规定三人不能同时从盘中取放水果。试用信号量实现爸爸、儿子和女儿这三个进程之间的同步

相关知识 

1.多线程相关的系统调用

2.使用锁控制进程互斥

3.使用信号量控制进程同步

多线程相关的系统调用

include <pthread.h>

创建线程 pthread_create pthread_create(&thrd1, NULL, (void *)&thread_function, (void *) &some_argument); 线程创建函数包含四个变量，分别为： 1.一个线程变量名，被创建线程的标识 2. 线程的属性指针，缺省为NULL即可 3. 被创建线程的程序代码 4. 程序代码的参数

线程等待 pthread_join pthread_create调用成功以后，新线程和老线程谁先执行，谁后执行用户是不知道的，这一块取决与操作系统对线程的调度，如果我们需要等待指定线程结束，需要使用pthread_join函数，这个函数实际上类似与多进程编程中的waitpid。 举个例子，以下假设 A 线程调用 pthread_join 试图去操作B线程，该函数将A线程阻塞，直到B线程退出，当B线程退出以后，A线程会收集B线程的返回码。 该函数包含两个参数： pthread_t th //th是要等待结束的线程的标识 void **thread_return //指针thread_return指向的位置存放的是终止线程的返回状态。 调用实例：pthread_join(thrd1, NULL);

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>


sem_t apple;
sem_t orange;
sem_t empty;
pthread_mutex_t mutex;

void *Dad()
{
	int nextp = 0;
	int i = 0;
    for(i = 0; i < 10; ++i)
	{
		int time = rand() % 10 + 1;          //随机使程序睡眠0点几秒
		usleep(time*100000);        
		sem_wait(&empty); 
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		if(nextp == 0)
		{
			printf("爸爸放入了一个苹果\n");
		}
		else
		{
			printf("爸爸放入了一个桔子\n");
		}
        fflush(stdout);
		
		pthread_mutex_unlock(&mutex);         //互斥锁解锁
		
		if(nextp == 0)
		{
			sem_post(&apple);
		}
		else
		{
			sem_post(&orange);
		} 
		nextp = 1 - nextp; 
	}
}

void *Daughter()
{
	while(1)
	{
		int time = rand() % 10 + 1;          //随机使程序睡眠0点几秒
		usleep(time * 100000);        
		sem_wait(&apple); 
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		printf("女儿取了一个苹果\n") ;
        fflush(stdout);
		pthread_mutex_unlock(&mutex);         //互斥锁解锁
		sem_post(&empty);
	}
}

void *Son()
{
	//请添加儿子线程的函数代码
    while(1)
    {
int time = rand() % 10 + 1;          //随机使程序睡眠0点几秒
		usleep(time * 100000);        
		sem_wait(&orange); 
        pthread_mutex_lock(&mutex);
		printf("儿子取了一个桔子\n") ;
        fflush(stdout);
		pthread_mutex_unlock(&mutex);         //互斥锁解锁
		sem_post(&empty);

    }

}


int main()
{			
    sem_init(&empty, 0, 5);    //信号量初始化
	sem_init(&orange, 0, 0);
	sem_init(&apple, 0, 0);		
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);  //互斥锁初始化		
	pthread_t dadid;	
	pthread_t daughterid;
	pthread_t sonid;		
	pthread_create(&dadid, NULL, Dad, NULL);   //创建爸爸线程	
	pthread_create(&daughterid, NULL, Daughter, NULL);   //创建女儿线程
	pthread_create(&sonid, NULL, Son, NULL);   //创建儿子线程		
	pthread_join(daughterid, NULL);
	pthread_join(sonid, NULL);   
	
	sem_destroy(&empty);         //信号量的销毁
	sem_destroy(&apple);
	sem_destroy(&orange);    

	

	pthread_mutex_destroy(&mutex);   //互斥锁的销毁

	

	return 0;
}

效果截图：

 

总结

提示：这里对文章进行总结：
例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了生产者消费者问题实践。