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使用C语言实现模拟生产者 消费者进程实现同步与互斥操作,并加注释

时间: 2024-01-07 09:02:34 浏览: 103
下面是使用C语言实现的生产者消费者问题,并使用信号量实现同步与互斥操作的代码。代码中使用了POSIX标准的信号量库。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #define BUFFER_SIZE 10 int buffer[BUFFER_SIZE]; int in = 0, out = 0; sem_t empty, full; pthread_mutex_t mutex; void *producer(void *arg) { int item; while (1) { item = rand() % 1000; // 生成随机数 sem_wait(&empty); // 等待空缓冲区 pthread_mutex_lock(&mutex); buffer[in] = item; // 将随机数添加到缓冲区中 in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; printf("Producing item %d\n", item); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&full); // 增加满缓冲区信号量 sleep(1); } } void *consumer(void *arg) { int item; while (1) { sem_wait(&full); // 等待有数据可消费 pthread_mutex_lock(&mutex); item = buffer[out]; // 从缓冲区中取出数据 out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; printf("Consuming item %d\n", item); pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&empty); // 增加空缓冲区信号量 sleep(1); } } int main() { pthread_t tid1, tid2; // 初始化信号量和互斥锁 sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); sem_init(&full, 0, 0); pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 创建并启动生产者和消费者线程 pthread_create(&tid1, NULL, producer, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, consumer, NULL); // 等待线程结束 pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); // 销毁信号量和互斥锁 sem_destroy(&empty); sem_destroy(&full); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; } ``` 在上面的代码中,我们使用了一个大小为10的缓冲区作为生产者和消费者之间的共享资源。生产者线程会生成一个随机数,并将其添加到缓冲区中,而消费者线程则从缓冲区中取出一个随机数进行消费。为了实现线程间的同步和互斥,我们使用了POSIX标准的信号量库和互斥锁。 在程序开始时,我们通过调用sem_init函数和pthread_mutex_init函数来初始化信号量和互斥锁。empty信号量初始化为BUFFER_SIZE,表示缓冲区中有BUFFER_SIZE个空闲位置可以用于生产者线程添加随机数。full信号量初始化为0,表示缓冲区中没有可用于消费的数据。互斥锁初始化为NULL,表示使用默认的属性。 在生产者线程中,我们首先使用sem_wait函数来等待空闲缓冲区的出现。如果缓冲区已经满了,那么该函数会阻塞线程,等待信号量变为非0。然后,我们使用pthread_mutex_lock函数来获取互斥锁,保证在缓冲区中添加随机数时不会出现竞争和冲突。接着,我们将随机数添加到缓冲区中,更新in指针,打印出当前生产的数值。最后,我们使用pthread_mutex_unlock函数释放互斥锁,并使用sem_post函数增加full信号量,表示缓冲区中的可消费数据数量增加了一个。 在消费者线程中,我们首先使用sem_wait函数来等待有数据可消费。如果缓冲区为空,那么该函数会阻塞线程,等待信号量变为非0。然后,我们使用pthread_mutex_lock函数来获取互斥锁,保证在缓冲区中取出随机数时不会出现竞争和冲突。接着,我们从缓冲区中取出数据,更新out指针,打印出当前消费的数值。最后,我们使用pthread_mutex_unlock函数释放互斥锁,并使用sem_post函数增加empty信号量,表示缓冲区中的空闲位置数量增加了一个。 在程序结束时,我们通过调用sem_destroy函数和pthread_mutex_destroy函数来销毁信号量和互斥锁。
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