生产者消费者问题 伪代码和C语言多线程实现

简介: 生产者消费者问题是操作系统中的一个经典的问题。他描述的是一个,多个生产者与多个消费者共享多个缓冲区的事情,具体的定义百度。然后看了操作系统的书籍如何解决书上给的伪代码是这样的item B[k];semaphore empty; empty...

生产者消费者问题是操作系统中的一个经典的问题。

他描述的是一个,多个生产者与多个消费者共享多个缓冲区的事情,具体的定义百度。

然后看了操作系统的书籍如何解决书上给的伪代码是这样的

item B[k];
semaphore empty;    empty=k;   //可以使用的空缓冲区数
semaphore full; full=0;        //缓冲区内可以使用的产品数
semaphore mutex;    mutex=1;   //互斥信号量
int in=0;                      //放入缓冲区指针
int out=0;                     //取出缓冲区指针 
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

上面的注释,和过程已经比较到位了,只是我习惯用我的方法,即把生产和消费,放入临界区所以下面是我解决生产消费模型所用的伪代码

item B[k];
semaphore empty;    empty=k;   //可以使用的空缓冲区数
semaphore full; full=0;        //缓冲区内可以使用的产品数
semaphore mutex;    mutex=1;   //互斥信号量
int in=0;                      //放入缓冲区指针
int out=0;                     //取出缓冲区指针 
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

好了说了这么多我该帖下我的代码了,此代码在Linux环境下的多线程操作,用到了信号量的。。。

#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   //消费者人数
#define PRODUCERS_COUNT 2   //生产者人数 
#define BUFFSIZE 5         

int g_buffer[BUFFSIZE];    //缓冲区数目

unsigned short in = 0;      //放入产品的指针(生产到哪个缓冲区)
unsigned short out = 0;     //取出缓冲区指针 (在哪个缓冲区消费的)
unsigned short produce_id = 0;     
unsigned short consume_id = 0;

sem_t g_sem_full; //可以使用的空缓冲区数(缓冲区中可以生产多少产品)
sem_t g_sem_empty;  //缓冲区内可以使用的产品数(可以消费的产品数)
pthread_mutex_t g_mutex;  //互斥信号量

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);
        //遍历缓冲区,看有哪些缓冲区是可以生产产品的
        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(生产产品)
        consume_id = g_buffer[out];
        printf("%d begin consume product %d\n", num, consume_id);
        g_buffer[out] = -1;
        //将取出缓冲区的指针偏移1(下个生产的位置)
        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;
}

将程序运行,可得到这个结果
这里写图片描述

相关文章
|
3月前
|
安全 Java C语言
C语言线程解池解读和实现01
C语言线程解池解读和实现01
|
25天前
|
安全 Java
Java多线程通信新解:本文通过生产者-消费者模型案例,深入解析wait()、notify()、notifyAll()方法的实用技巧
【10月更文挑战第20天】Java多线程通信新解:本文通过生产者-消费者模型案例,深入解析wait()、notify()、notifyAll()方法的实用技巧,包括避免在循环外调用wait()、优先使用notifyAll()、确保线程安全及处理InterruptedException等,帮助读者更好地掌握这些方法的应用。
16 1
|
1月前
|
消息中间件 NoSQL 关系型数据库
【多线程-从零开始-捌】阻塞队列,消费者生产者模型
【多线程-从零开始-捌】阻塞队列,消费者生产者模型
23 0
|
3月前
|
算法 Java
JUC(1)线程和进程、并发和并行、线程的状态、lock锁、生产者和消费者问题
该博客文章综合介绍了Java并发编程的基础知识,包括线程与进程的区别、并发与并行的概念、线程的生命周期状态、`sleep`与`wait`方法的差异、`Lock`接口及其实现类与`synchronized`关键字的对比,以及生产者和消费者问题的解决方案和使用`Condition`对象替代`synchronized`关键字的方法。
JUC(1)线程和进程、并发和并行、线程的状态、lock锁、生产者和消费者问题
|
2月前
|
网络协议 C语言
C语言 网络编程(十四)并发的TCP服务端-以线程完成功能
这段代码实现了一个基于TCP协议的多线程服务器和客户端程序,服务器端通过为每个客户端创建独立的线程来处理并发请求,解决了粘包问题并支持不定长数据传输。服务器监听在IP地址`172.17.140.183`的`8080`端口上,接收客户端发来的数据,并将接收到的消息添加“-回传”后返回给客户端。客户端则可以循环输入并发送数据,同时接收服务器回传的信息。当输入“exit”时,客户端会结束与服务器的通信并关闭连接。
|
2月前
|
存储 Ubuntu Linux
C语言 多线程编程(1) 初识线程和条件变量
本文档详细介绍了多线程的概念、相关命令及线程的操作方法。首先解释了线程的定义及其与进程的关系,接着对比了线程与进程的区别。随后介绍了如何在 Linux 系统中使用 `pidstat`、`top` 和 `ps` 命令查看线程信息。文档还探讨了多进程和多线程模式各自的优缺点及适用场景,并详细讲解了如何使用 POSIX 线程库创建、退出、等待和取消线程。此外,还介绍了线程分离的概念和方法,并提供了多个示例代码帮助理解。最后,深入探讨了线程间的通讯机制、互斥锁和条件变量的使用,通过具体示例展示了如何实现生产者与消费者的同步模型。
|
2月前
|
C语言
C语言 网络编程(九)并发的UDP服务端 以线程完成功能
这是一个基于UDP协议的客户端和服务端程序,其中服务端采用多线程并发处理客户端请求。客户端通过UDP向服务端发送登录请求,并根据登录结果与服务端的新子线程进行后续交互。服务端在主线程中接收客户端请求并创建新线程处理登录验证及后续通信,子线程创建新的套接字并与客户端进行数据交换。该程序展示了如何利用线程和UDP实现简单的并发服务器架构。
|
3月前
|
消息中间件 设计模式 安全
多线程魔法:揭秘一个JVM中如何同时运行多个消费者
【8月更文挑战第22天】在Java虚拟机(JVM)中探索多消费者模式,此模式解耦生产与消费过程,提升系统性能。通过`ExecutorService`和`BlockingQueue`构建含2个生产者及4个消费者的系统,实现实时消息处理。多消费者模式虽增强处理能力,但也引入线程安全与资源竞争等挑战,需谨慎设计以确保高效稳定运行。
93 2
|
3月前
|
C语言
【C语言】线程同步
【C语言】线程同步
39 3
|
3月前
|
C语言
【C语言】多线程服务器
【C语言】多线程服务器
30 0