用多线程同步方法解决生产者消费者问题Word格式文档下载.docx
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Linux
2．程序设计语言：
C语言
3．有界缓冲区内设有20个存储单元，其初值为0。
放入／取出的数据项按增序设定为1－20这20个整型数。
要求完成的主要任务:
主要任务：
通过研究Linux的线程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。
有界缓冲区内设有20个存储单元，放入／取出的数据项设定为1~20这20个整型数。
（1）每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的全部内容、当前指针位置和生产者／消费者线程的标识符。
（2）生产者和消费者各有两个以上。
（3）多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。
提示:
（1）有界缓冲区/连续存储区可用数组实现。
（2）编译命令可用：
gcc-lpthread-o 目标文件名 源文件名
（3）多线程编程方法参见电子文档。
设计报告撰写格式要求：
1设计题目与要求2设计思想
3系统结构4数据结构的说明和模块的算法流程图
5使用说明书（即用户手册）：
内容包含如何登录、退出、读、写等操作说明
6运行结果和结果分析（其中包括实验的检查结果、程序的运行情况）
7自我评价与总结
8附录：
程序清单，注意加注释（包括关键字、方法、变量等），在每个模块前加注释；
时间安排
12月19日布置课程设计任务；
分配题目后，查阅资料、准备程序；
12月19～12月21日上机调试程序、书写课程设计报告；
12月22日提交课程设计报告及相关文档。
指导教师签字：
2011年12月17日
系主任签字：
2011年12月18日
一．设计题目与要求
1设计目的
通过研究Linux的线程机制和信号量实现生产者消费者问题（Producer-ConsumerProblem）的并发控制。
2设计要求
1）为每个生产者／消费者产生一个线程，设计正确的同步算法
2）每个生产者/消费者对该存储区进行操作后，即时显示该存储区的全部内容、当
前指针位置和生产者/消费者线程的自定义标识符。
3）生产者和消费者各有两个以上。
4）多个生产者/消费者之间须共享对存储区进行操作的函数代码。
二．设计思想
本次课设涉及到同步信号量和互斥信号量的应用，在这里我用线程的同步和互斥来实现。
在同一个进程地址空间内执行的两个线程。
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出一个空缓冲区。
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塞，直到新的物品被生产出来。
在本问题中,共需要一个Mutex和两个Semaphore，其中Mutex是来用锁定临界区的,以解决对共享数据buffer的互斥访问问题（无论是对生成者还是对消费者）;
我们共需要两个Semaphore,这是因为在本问题中共有两个稀缺资源.第一种是"
非空"
这种资源,是在消费者之间进行竞争的；
第二种是"
非满"
这种资源,是在生产者之间进行竞争的.所以,一般来说,需要锁定临界区,就需要Mutex;
有几种稀缺资源就需要几个Semaphore.
稀缺资源不一定是指被共享的资源,很多时候是指线程会被阻塞的条件（除了要进临界区被阻塞外）.
在生产者消费者问题中,消费者会在缓冲区为空时被阻塞,所以"
是一种稀缺资源。
需要设置一个信号量consumer_semaphore,初值设为0，生产者会在缓冲区为满时被阻塞,所以"
也是一种稀缺资源.需要设置一个信号量producer_semaphore,初值设为buffer的大小MAX_BUFFER。
三．系统结构
四．数据结构的说明和模块的算法流程图
五．使用说明书
1.宏的意义：
N：
消费者或者生产者的数目
M：
缓冲区的数目
2.程序的运行
a．打开linux的终端；
b．编译程序，输入命令
gcc–odybdyb.c–pthread;
./dyb
3.显示结果
程序运行后不需要接受用户输入，直接显示运行结果。
六．运行结果和结果分析
[dj@softeem~]$ls
dyb.c公共的模板视频图片文档下载音乐桌面
[dj@softeem~]$gcc-odybdyb.c-pthread
[dj@softeem~]$./dyb
producer1in0:
10000000000000000000
customer1in0:
00000000000000000000
producer2in1:
01000000000000000000
customer2in1:
producer1in2:
00100000000000000000
customer1in2:
producer2in3:
00010000000000000000
customer2in3:
producer1in4:
00001000000000000000
customer1in4:
producer2in5:
00000100000000000000
customer2in5:
producer1in6:
00000010000000000000
customer1in6:
producer2in7:
00000001000000000000
customer2in7:
producer1in8:
00000000100000000000
customer1in8:
producer2in9:
00000000010000000000
customer2in9:
producer1in10:
00000000001000000000
customer1in10:
producer2in11:
00000000000100000000
customer2in11:
producer1in12:
00000000000010000000
customer1in12:
producer2in13:
00000000000001000000
customer2in13:
producer1in14:
00000000000000100000
customer1in14:
producer2in15:
00000000000000010000
customer2in15:
producer1in16:
00000000000000001000
customer1in16:
producer2in17:
00000000000000000100
customer2in17:
producer1in18:
00000000000000000010
customer1in18:
producer2in19:
00000000000000000001
customer2in19:
对于此程序，有20个缓冲区，定义了两个生产者和两个消费者，生产者和消费者是模拟的现实中的生产与消费的关系，生产者生产产品时占用一个线程，消费者取一个产品时启用一个线程，生产产品和消费产品是利用锁来实现的。
但是最后还是有问题没能解决好，就是生产一个消费一个，缓冲区就没有利用好。
七．自我评价与总结
本次课程设计，听了邓君老师几天的讲解，见识到了他的年轻有为，也让自己对IT行业有了更深的向往。
同时也加深了一些对多线程编程方法的理解，和使用信号量同步进/线程的技巧。
上课时看邓老师演示在linux下编写一个多人聊天的小程序，我在下面也跟住做。
几次遇到了问题，老师都及时耐心的给我解决。
最后我也跟着老师敲代码，虽然只是敲代码，不是自己的思想写出来的，但是万事开头难，我觉得只要我动手了，就成功了一半。
在跟着老师做的过程中，我体会到了自己的不足，很多地方都不懂，但是我觉得在这个阶段对一些比较深的东西也不一定要处处都弄懂，有时候子要自己跟着做，会用，久而久之也会随着经验的加深而慢慢弄懂，这虽然是一种不求甚解的态度，但在初级编程中往往是很有用的。
本次课程设计的程序更具要求定义了20个缓冲区，基本上能顺利解决生产者消费者问题，但也存在很多不足之处。
因为程序都是根据别人的来的，所以往往想加入自己的想法，比如随机函数解决随机的问题时遇到障碍，最后由于出现的错误太多，时间不够，所以只得放弃，只能在一些小的边边角角上稍加改动，试着去体会这个程序的思想。
设计过程中质疑（或答辩）记载：
1.谈谈你对多线程的理解。
答：
在一个程序中，独立运行的程序片断叫作“线程”（Thread），利用它编程的概念就叫作“多线程处理”。
多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。
线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的。
2.此程序的不足之处
定义了20个缓冲区，但是每次只利用到1个缓冲区，造成了资源的浪费，没有起到随机的作用。
我曾尝试用随机函数去解决，但是没能成功。
指导教师评语：
签名：
年月日
七．附录
程序清单：
#include<
stdio.h>
stdlib.h>
unistd.h>
pthread.h>
semaphore.h>
#defineN2//消费者或者生产者的数目
#defineM20//缓冲数目
intin=0;
//生产者放置产品的位置
intout=0;
//消费者取产品的位置
intbuff[M]={0};
//缓冲初始化为0，开始时没有产品
sem_tempty_sem;
//同步信号量，当满了时阻止生产者放产品
sem_tfull_sem;
//同步信号量，当没产品时阻止消费者消费
pthread_mutex_tmutex;
//互斥信号量，一次只有一个线程访问缓冲
intproduct_id=0;
//生产者id
intprochase_id=0;
//消费者id
/*打印缓冲情况*/
voidprint（）
{
inti;
for（i=0;
i<
M;
i++）
printf（"
%d"
buff[i]）;
printf（"
\n"
）;
}
/*生产者方法*/
void*product（）
intid=++product_id;
while
（1）
//用sleep的数量可以调节生产和消费的速度，便于观察
sleep
（1）;
//sleep
（1）;
sem_wait（&
empty_sem）;
pthread_mutex_lock（&
mutex）;
in=in%M;
producer%din%d:
"
id,in）;
buff[in]=1;
print（）;
++in;
pthread_mutex_unlock（&
sem_post（&
full_sem）;
/*消费者方法*/
void*prochase（）
intid=++prochase_id;
//sleep
（1）;
out=out%M;
customer%din%d:
id,out）;
buff[out]=0;
++out;
intmain（）
pthread_tid1[N];
pthread_tid2[N];
intret[N];
//初始化同步信号量
intini1=sem_init（&
empty_sem,0,M）;
intini2=sem_init（&
full_sem,0,0）;
if（ini1&
&
ini2!
=0）
seminitfailed\n"
exit
（1）;
}
//初始化互斥信号量
intini3=pthread_mutex_init（&
mutex,NULL）;
if（ini3!
mutexinitfailed\n"
//创建N个生产者线程
N;
ret[i]=pthread_create（&
id1[i],NULL,product,（void*）（&
i））;
if（ret[i]!
{
product%dcreationfailed\n"
i）;
}
//创建N个消费者线程
id2[i],NULL,prochase,NULL）;
prochase%dcreationfailed\n"
//销毁线程
pthread_join（id1[i],NULL）;
pthread_join（id2[i],NULL）;
exit（0）;
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