實驗四 同步與互斥 Linux實驗資料報告材料

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1、word 實驗四 同步與互斥 【實驗?zāi)康暮鸵蟆? 1、掌握進程〔線程〕的同步與互斥。 2、掌握生產(chǎn)者消費者問題的實現(xiàn)方法。 3、掌握多線程編程方法。 【實驗容】 實現(xiàn)生產(chǎn)者消費者問題 1、有一個倉庫，生產(chǎn)者負責生產(chǎn)產(chǎn)品，并放入倉庫，消費者會從倉庫中拿走產(chǎn)品(消費)。 2、倉庫中每次只能入一個(生產(chǎn)者或消費者)。 3、倉庫中可存放產(chǎn)品的數(shù)量最多10個,當倉庫放滿時，生產(chǎn)者不能再放入產(chǎn)品。 4、當倉庫空時，消費者不能從中取出產(chǎn)品。 5、生產(chǎn)、消費速度不同。 【實驗原理】 1、 信號量mutex提供對緩沖池訪問的互斥要求并初始化為1，信號量empty和fu

2、ll分別用來表示空緩沖項和滿緩沖項的個數(shù)，信號量empty初始化為n，信號量full初始化為0。 2、定義如下結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)：?? 定義緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)類型：typedef?int?buffer_item;? 緩沖區(qū)?：buffer_item?buffer[BUFFER_SIZE]; 對緩沖區(qū)操作的變量：int?in,out;? 信號量mutex提供了對緩沖池訪問的互斥要求：pthread_mutex_t?mutex;? 信號量empty和full分別表示空緩沖頂和滿緩沖頂?shù)膫€數(shù)：sem_t?empty,full;? 可以設(shè)定生產(chǎn)者的生產(chǎn)速度與消費

3、者的消費速度?：int?pro_speed,con_speed; 對緩沖區(qū)操作的自增函數(shù)：#define?inc(k)?if(k?

4、param)????? 生產(chǎn)者結(jié)構(gòu)進程 消費者結(jié)構(gòu)進程 【程序代碼】 //sx.c #include #include #include #include #include #define inc(k) if(k

5、er_item;//定義緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)類型 buffer_item buffer[BUFFER_SIZE];//緩沖區(qū) int in,out;//對緩沖區(qū)操作的變量 pthread_mutex_t mutex;//信號量mutex提供了對緩沖池訪問的互斥要求 sem_t empty,full;//信號量empty和full分別表示空緩沖頂和滿緩沖頂?shù)膫€數(shù) int pro_speed,con_speed;//可以設(shè)定生產(chǎn)者的生產(chǎn)速度與消費者的消費速度 int insert_item(buffer_item item) {//將生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū) buffer[in]=item;

6、 printf("******insert緩沖池第%d號******\n",in); inc(in); } int remove_item(buffer_item *item) {//從緩沖區(qū)移走一個產(chǎn)品 *item = buffer[out]; printf("******remove緩沖池第%d號******\n",out); inc(out); } void *producer(void *param) {//生產(chǎn)者進程 buffer_item item; int num = 0; while(1) { sleep(rand()%(16-pro_speed)

7、); printf("\n******第%d次生產(chǎn)******\n",++num); printf("******等待empty信號******\n"); sem_wait(&empty); printf("******等待解鎖******\n"); pthread_mutex_lock(&mutex); printf("******上鎖，準備生產(chǎn)******\n"); item = rand()%1000+1; printf("******生產(chǎn)產(chǎn)品%d*******\n",item); insert_item(item); printf("*******解

8、鎖******\n"); printf("******第%d次生產(chǎn)完畢*******\n\n",num); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&full); } } void *consumer(void *param) {//消費者進程 buffer_item item; int num = 0; while(1){ sleep(rand()%(16-con_speed)); printf("\n******第%d次消費*****\n",++num); printf("******等待full信號******\n");

9、sem_wait(&full); printf("******等待解鎖******\n"); pthread_mutex_lock(&mutex); printf("******上鎖，準備消費******\n"); remove_item(&item); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&empty); printf("******消費產(chǎn)品%d*******\n",item); printf("*******解鎖******\n"); printf("******第%d次消費完畢*******\n\n",num); }

10、 } int main()//主函數(shù) { pthread_t tid1,tid2; pthread_attr_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("***********

11、************\n"); printf("生產(chǎn)者速度(1-15):\n"); scanf("%d",&pro_speed); printf("消費者速度(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o

12、ver*******\n"); return 0; } 【實驗步驟】 編寫程序代碼gedit sx.c,再對代碼進展編譯gcc sx.c –o sx –lpthread，編譯無錯誤，進展運行./sx，根據(jù)提示要求進展填寫生產(chǎn)者和消費速度，觀察消費者和生產(chǎn)者進程。 【實驗結(jié)果】 【實驗體會】 1、Linux中生成線程方法： 第一種方式是用pthread 庫來實現(xiàn)的，是在用戶程序本身中實現(xiàn)線程，這實際上是對線程的一種模擬，線程之間的切換和調(diào)度是在用戶的進程部進展的，這種方式就被稱為用戶空間的線程。 這種線程的好處是實現(xiàn)非常簡單

13、，性能也非常好，因為線程之間的切換都在用戶進程部進展，切換開銷比擬小。缺點也非常明顯，首先就是不能充分利用高端系統(tǒng)的SMP多處理器的優(yōu)點，因為一個進程只能由一個處理器處理，第二點由于用戶空間是在用戶空間切換，某個線程遇到一個需要阻塞的系統(tǒng)調(diào)用進而就會造成這個進程被阻塞，因而所有線程被阻塞。 第二種方式是通過修改良程的實現(xiàn)方式來完成，可以使用不完全的進程創(chuàng)建方式創(chuàng)建共享數(shù)據(jù)空間的進程，在Linux下這種系統(tǒng)調(diào)用為clone()。 2、Ptrtead生成線程： POSIX thread簡稱為pthread，Posix線程是POSIX標準線程該標準定義部API創(chuàng)建和操縱線程。

14、 數(shù)據(jù)類型 pthread_t： 線程句柄 pthread_attr_t： 線程屬性 線程操縱函數(shù)(省略參數(shù))： pthread_create()：創(chuàng)建一個線程 pthread_exit()：終止當前線程 pthread_cancel()：中斷另外一個線程的運行 pthread_join()：阻塞當前的線程，直到另外一個線程運行完畢 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〔決定這個線程在終止時是否可以被結(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)送一個信號 13 / 13