實(shí)驗(yàn)四 同步與互斥 Linux實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、 實(shí)驗(yàn)四 同步與互斥 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆? 1、掌握進(jìn)程（線程）的同步與互斥。 2、掌握生產(chǎn)者消費(fèi)者問題的實(shí)現(xiàn)方法。 3、掌握多線程編程方法。 【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者問題 1、有一個(gè)倉庫，生產(chǎn)者負(fù)責(zé)生產(chǎn)產(chǎn)品,并放入倉庫，消費(fèi)者會(huì)從倉庫中拿走產(chǎn)品(消費(fèi)）。 2、倉庫中每次只能入一個(gè)(生產(chǎn)者或消費(fèi)者）。 3、倉庫中可存放產(chǎn)品的數(shù)量最多10個(gè),當(dāng)倉庫放滿時(shí)，生產(chǎn)者不能再放入產(chǎn)品。 4、當(dāng)倉庫空時(shí)，消費(fèi)者不能從中取出產(chǎn)品。 5、生產(chǎn)、消費(fèi)速度不同. 【實(shí)驗(yàn)原理】 1、 信號(hào)量mutex提供對(duì)緩沖池訪問的互斥要求并初始化為1，信號(hào)量empty和full分別用

2、來表示空緩沖項(xiàng)和滿緩沖項(xiàng)的個(gè)數(shù)，信號(hào)量empty初始化為n，信號(hào)量full初始化為0. 2、定義如下結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)： 定義緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)類型：typedefintbuffer_item； 緩沖區(qū)：buffer_itembuffer[BUFFER_SIZE]; 對(duì)緩沖區(qū)操作的變量:intin，out; 信號(hào)量mutex提供了對(duì)緩沖池訪問的互斥要求：pthread_mutex_tmutex； 信號(hào)量empty和full分別表示空緩沖頂和滿緩沖頂?shù)膫€(gè)數(shù)：sem_tempty，full; 可以設(shè)定生產(chǎn)者的生產(chǎn)速度及消費(fèi)者的消費(fèi)速度：intpro_spe

3、ed，con_speed； 對(duì)緩沖區(qū)操作的自增函數(shù)：＃defineinc(k)if(k

4、 【程序代碼】 //sx。c ＃include #include〈pthread。h〉 #include〈semaphore。h〉 ＃include〈time。h〉 ＃define inc（k) if（k

5、int in，out;//對(duì)緩沖區(qū)操作的變量 pthread_mutex_t mutex；//信號(hào)量mutex提供了對(duì)緩沖池訪問的互斥要求 sem_t empty,full；//信號(hào)量empty和full分別表示空緩沖頂和滿緩沖頂?shù)膫€(gè)數(shù) int pro_speed，con_speed;//可以設(shè)定生產(chǎn)者的生產(chǎn)速度及消費(fèi)者的消費(fèi)速度 int insert_item（buffer_item item） {//將生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū) buffer[in］=item; printf(”＊＊＊*＊＊insert緩沖池第%d號(hào)＊＊＊＊*＊\n”，in）； inc（in）; ｝ int

6、remove_item(buffer_item ＊item） {//從緩沖區(qū)內(nèi)移走一個(gè)產(chǎn)品 ＊item = buffer［out］; printf（"******remove緩沖池第%d號(hào)＊＊*＊＊*\n",out); inc（out)； } void ＊producer（void ＊param） ｛//生產(chǎn)者進(jìn)程 buffer_item item； int num = 0; while（1） ｛ sleep（rand（）％（16-pro_speed))； printf（"\n＊***＊*第%d次生產(chǎn)***＊＊＊\n”,++num); printf(”**＊＊＊＊等

7、待empty信號(hào)＊**＊*＊\n"); sem_wait(＆empty）； printf（”＊＊＊***等待解鎖＊**＊＊*\n”); pthread_mutex_lock(&mutex）； printf(”*＊*＊＊*上鎖，準(zhǔn)備生產(chǎn)＊＊**＊＊\n"）; item = rand（)％1000+1； printf（”＊＊*＊＊＊生產(chǎn)產(chǎn)品％d**＊**＊＊\n",item）; insert_item（item）； printf（”＊＊＊＊*＊*解鎖*＊＊＊**\n")； printf("**＊＊＊*第%d次生產(chǎn)結(jié)束*＊＊＊＊＊*\n\n"，num); pthr

8、ead_mutex_unlock（＆mutex)； sem_post(&full）； } } void *consumer（void *param） {//消費(fèi)者進(jìn)程 buffer_item item； int num = 0； while（1）{ sleep(rand（)％(16—con_speed))； printf（"\n＊＊＊*＊*第%d次消費(fèi)*＊***\n"，++num)； printf(”＊＊*＊＊*等待full信號(hào)＊＊＊＊*＊\n"）； sem_wait（＆full）; printf（”**＊＊＊*等待解鎖*＊＊＊＊*\n"）; pthread_mut

9、ex_lock(＆mutex); printf(”*＊*＊**上鎖，準(zhǔn)備消費(fèi)＊*＊*＊＊\n”)； remove_item（＆item); pthread_mutex_unlock（&mutex)； sem_post（＆empty）; printf(”＊＊＊**＊消費(fèi)產(chǎn)品%d＊**＊*＊*\n",item)； printf（”*＊*＊*＊＊解鎖**＊＊＊＊\n"）; printf（"＊＊＊*＊*第%d次消費(fèi)結(jié)束＊＊*＊＊**\n\n”，num)； ｝ } int main()//主函數(shù) { pthread_t tid1，tid2; pthread_attr

10、_t attr1,attr2; srand（time(NULL））; pthread_mutex_init(&mutex，NULL）；//初始化 sem_init(&empty，0，BUFFER_SIZE）； sem_init(&full，0,0）； in=0； out=0; printf（"*****＊*＊＊＊＊*＊*＊＊****＊*＊\n”)； printf（"＊**＊＊＊*＊開始!＊***＊＊＊＊＊＊＊\n")； printf(”***＊***＊＊＊*＊＊**＊＊＊**＊*＊\n")； printf（”生產(chǎn)者速度(1-15)：\n")； scanf（"%d”,&pr

11、o_speed); printf(”消費(fèi)者速度（1-15）：\n"); scanf("%d"，＆con_speed）； pthread_attr_init(＆attr1）; pthread_create（&tid1,＆attr1，producer,NULL)； pthread_attr_init(&attr2）; pthread_create（＆tid2,&attr2,consumer，NULL）; sleep（100）； printf（”＊*＊＊***程序over＊＊＊＊＊＊＊\n"); return 0； } 【實(shí)驗(yàn)步驟】 編寫程序代碼gedit sx.c,再對(duì)

12、代碼進(jìn)行編譯gcc sx.c –o sx –lpthread，編譯無錯(cuò)誤,進(jìn)行運(yùn)行。/sx，根據(jù)提示要求進(jìn)行填寫生產(chǎn)者和消費(fèi)速度，觀察消費(fèi)者和生產(chǎn)者進(jìn)程。 【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】 【實(shí)驗(yàn)體會(huì)】 1、Linux中生成線程方法: 第一種方式是用pthread 庫來實(shí)現(xiàn)的，是在用戶程序本身中實(shí)現(xiàn)線程，這實(shí)際上是對(duì)線程的一種模擬，線程之間的切換和調(diào)度是在用戶的進(jìn)程內(nèi)部進(jìn)行的，這種方式就被稱為用戶空間的線程. 這種線程的好處是實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單,性能也非常好,因?yàn)榫€程之間的切換都在用戶進(jìn)程內(nèi)部進(jìn)行,切換開銷比較小。缺點(diǎn)也非常明顯，首先就是不能充分利用高端系統(tǒng)的

13、SMP多處理器的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橐粋€(gè)進(jìn)程只能由一個(gè)處理器處理,第二點(diǎn)由于用戶空間是在用戶空間切換，某個(gè)線程遇到一個(gè)需要阻塞的系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)而就會(huì)造成這個(gè)進(jìn)程被阻塞，因而所有線程被阻塞。 第二種方式是通過修改進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)方式來完成，可以使用不完全的進(jìn)程創(chuàng)建方式創(chuàng)建共享數(shù)據(jù)空間的進(jìn)程，在Linux下這種系統(tǒng)調(diào)用為clone（)。 2、Ptrtead生成線程: POSIX thread簡(jiǎn)稱為pthread,Posix線程是POSIX標(biāo)準(zhǔn)線程該標(biāo)準(zhǔn)定義內(nèi)部API創(chuàng)建和操縱線程。 數(shù)據(jù)類型 pthread_t： 線程句柄 pthread_attr_t： 線程屬性 線程操縱

14、函數(shù)(省略參數(shù)）： pthread_create（）：創(chuàng)建一個(gè)線程 pthread_exit():終止當(dāng)前線程 pthread_cancel():中斷另外一個(gè)線程的運(yùn)行 pthread_join(）：阻塞當(dāng)前的線程，直到另外一個(gè)線程運(yùn)行結(jié)束 pthread_attr_init()：初始化線程的屬性 pthread_attr_setdetachstate()：設(shè)置脫離狀態(tài)的屬性（決定這個(gè)線程在終止時(shí)是否可以被結(jié)合) pthread_attr_getdetachstate（）：獲取脫離狀態(tài)的屬性 pthread_attr_destroy（）：刪除線程的屬性 pthread_kill（）：向線程發(fā)送一個(gè)信號(hào)