【操作系统】c语言--使用信号量解决生产者和消费者问题

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c语言内容：

专栏：c语言之路重点知识整合

【c语言】全部知识点总结

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信号量

信号量是一种同步机制，可用于保护共享资源，控制进程的访问以及协调进程之间的通信。

在生产者和消费者问题中，可以使用两个信号量：一个用于生产者，另一个用于消费者。

假设缓冲区的大小为N，生产者信号量的初始值为N，消费者信号量的初始值为0。

接下来，生产者和消费者可以使用P操作和V操作来访问缓冲区。

P操作（等待信号量）：如果信号量的值为0，则进程将阻塞，直到信号量的值变为正数。如果信号量的值大于0，则进程将减少信号量的计数器并继续执行。

V操作（释放信号量）：如果有进程在等待信号量，则唤醒其中一个进程。否则，信号量的计数器将增加，以表示一个资源已经可用。

分析

创建两个线程，一个用于生产者，另一个用于消费者。它们共享一个大小为5的环形缓冲区。

当生产者线程生成一个新项目时，它使用blank_number信号量将空闲空间的数量减少1，然后使用互斥变量mutex1添加到环形缓冲区中。生产者使用product_number信号量将队列项目的数量增加1。

当消费者线程消费一个项目时，它使用product_number信号量将队列项目的数量减少1，然后使用互斥变量mutex1从环形缓冲区中删除。消费者使用blank_number信号量将空余的空间数量增加1。

这种基于信号量的方法可以保证生产者和消费者之间的同步性。

• 如果缓存区已满，则生产者线程将在blank_number信号量处阻塞，并等待直至有可用的空间。

• 如果缓存区为空，则消费者线程将在product_number信号量处阻塞。

代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define NUM 5

int queue[NUM];                                     //全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number, mutex1;                 //空格子信号量, 产品信号量

void *producer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) {
        sem_wait(&blank_number);                    //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待
        sem_wait(&mutex1);
        queue[i] = rand() % 1000 + 1;               //生产一个产品
        printf("----Produce---%d\n", queue[i]);
        sem_post(&mutex1);
        sem_post(&product_number);                  //将产品数++

        i = (i+1) % NUM;                            //借助下标实现环形
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *consumer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) {
        sem_wait(&product_number);                  //消费者将产品数--,为0则阻塞等待
        sem_wait(&mutex1);
        printf("-Consume---%d\n", queue[i]);
        queue[i] = 0;                               //消费一个产品
        sem_post(&mutex1);
        sem_post(&blank_number);                    //消费掉以后,将空格子数++

        i = (i+1) % NUM;
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t pid, cid;

    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                //初始化空格子信号量为5
    sem_init(&product_number, 0, 0);                //产品数为0
    sem_init(&mutex1, 0, 1);

    pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(pid, NULL);
    pthread_join(cid, NULL);

    sem_destroy(&blank_number);
    sem_destroy(&product_number);

    return 0;
}

运行结果

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