中南大学Linux第四次实验报告Word文档格式.docx
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2．实验环境
已安装Linux操作系统的微机一台
3．实验内容
问题描述：
一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲池，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。
假定这些生产者和消费者互相等效，只要缓冲池未满，生产者可将消息送入缓冲池；
只要缓冲池未空，消费者可从缓冲池取走一个消息。
功能要求：
根据进程同步机制，编写一个解决上述问题的程序，可显示缓冲池状态、放数据、取数据等过程。
生产者功能描述
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。
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。
消费者功能描述
消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。
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。
程序结构图：
4．具体设计要求及有关说明
A、主函数
B、统计线程
C、生产者线程
D、消费者线程
（1）有2个生产者线程，分别为P1、P2；
有2个消费者进程，分别是C1、C2；
缓冲区单元个数N=15；
（2）不同的生产者可生产不同的产品（比如字母、数字、符号）；
不同的消费者可有不同的消费方式（比如“显示”、“打印”、“拼接成字符串”、“改变大小写”等）。
自己可任意定义。
（3）使用Linux线程同步：
mutex、conditionvirable和semaphore完成上述问题。
（4）程序源代码和实验结果如下：
#include<
pthread.h>
stdio.h>
semaphore.h>
sem_tblank_number,product_number;
pthread_cond_tfull=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_tempty=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_tlock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
#defineNUM15
structP_Queue{
charproductc[NUM];
intfront,rear;
intnum;
};
void*producer1（void*arg）
{structP_Queue*q;
q=（structP_Queue*）arg;
while
（1）{
pthread_mutex_lock（&
lock）;
while（q->
num==NUM）{
pthread_cond_wait（&
full,&
}
sem_wait（&
blank_number）;
charc=rand（）%26+'
a'
;
q->
rear=（q->
rear+1）%NUM;
productc[q->
rear]=c;
printf（"
缓冲池1的产品是：
%c\n"
q->
rear]）;
num++;
产品数量：
%d\n"
num）;
sem_post（&
product_number）;
if（q->
num==1）{
pthread_cond_signal（&
empty）;
pthread_mutex_unlock（&
sleep（rand（）%2）;
}
void*producer2（void*arg）
{
structP_Queue*q;
num==NUM）{
A'
缓冲池2的产品是：
void*consumer1（void*arg）
num==0）{
empty,&
front=（q->
front+1）%NUM;
charc=q->
front];
front]='
'
num--;
消费者1显示内容：
%c\n"
c）;
num==NUM-1）{
full）;
void*consumer2（void*arg）
num==0）{
chard=0;
if（c>
=65&
&
c<
=90）
{d=c+32;
else
{d=c-32;
消费者2更改大小写：
%c---%c\n"
c,d）;
intmain（intargc,char*argv[]）
q=（structP_Queue*）malloc（sizeof（structP_Queue））;
front=q->
rear=NUM-1;
num=0;
pthread_tpid1,cid1,pid2,cid2;
sem_init（&
blank_number,0,NUM）;
product_number,0,0）;
pthread_create（&
pid1,NULL,producer1,（void*）q）;
cid1,NULL,consumer1,（void*）q）;
pid2,NULL,producer2,（void*）q）;
cid2,NULL,consumer2,（void*）q）;
pthread_join（pid1,NULL）;
pthread_join（cid1,NULL）;
pthread_join（pid2,NULL）;
pthread_join（cid2,NULL）;
sem_destroy（&
程序运行结果如下：
5．实验总结
1.写出Linux系统中线程同步实现机制有哪些？
怎样使用？
Linux系统中线程同步实现机制通过对互斥变量Mutex、信号灯Semophore、条件变量Conditions的设置实现线程的同步。
（1）互斥变量（Mutex）
互斥变量的类型为pthread_mutex_t。
可以声明多个互斥量。
在声明该变量后，你需要调用pthread_mutex_init（）来创建该变量。
pthread_mutex_init的格式如下：
intpthread_mutex_init（pthread_mutex_t*mutex,constpthread_mutex-attr_t*mutexattr）;
第一个参数mutext，也就是你之前声明的那个互斥量，第二个参数为该互斥量的属性。
在创建该互斥量之后，你便可以使用它了。
要得到互斥量，你需要调用下面的函数：
intpthread_mutex_lock（pthread_mutex_t*mutex）;
该函数用来给互斥量上锁，也就是等待操作。
互斥量一旦被上锁后，其他线程如果想给该互斥量上锁，那么就会阻塞在这个操作上。
如果在此之前该互斥量已经被其他线程上锁，那么该操作将会一直阻塞在这个地方，直到获得该锁为止。
在得到互斥量后，就可以进入关键代码区了。
同样，在操作完成后，你必须调用intpthread_mutex_unlock（pthread_mutex_t*mutex）;
函数来给互斥量解锁，也就是释放。
这样其他等待该锁的线程才有机会获得该锁，否则其他线程将会永远阻塞。
（2）信号灯机制（Semaphore）
信号灯其实就是一个计数器，也是一个整数。
每一次调用wait操作将会使semaphore值减一，而如果semaphore值已经为0，则wait操作将会阻塞。
每一次调用post操作将会使semaphore值加一。
生产者线程在每次往缓冲池中添加产品后调用post操作，信号灯值会加一。
这样阻塞的工作线程就会停止阻塞，继续往下执行。
信号灯的类型为sem_t。
在声明后必须调用sem_init（）。
需要传递两个参数，第一个参数就是你之前声明的sem_t变量，第二个必须为0。
当你不再需要信号灯时，你必须调用sem_destroy（）来释放资源。
等待信号灯的操作为sem_wait（）。
和互斥量一样，等待信号灯也有一个非阻塞的操作，sem_trywait（）。
该操作在没有信号灯的时候返回EAGAIN。
（3）条件变量（Conditions）
如果现在在等待一个信号。
如果该信号被设置，则继续运行。
如果没有条件变量，它将会不停的去查询该信号是否被设置，这样就会浪费大量的处理机。
而通过使用条件变量，我们就可以将等待信号的线程阻塞，直到有信号的时候再去唤醒它。
条件变量的类型是pthread_cond_t。
a.声明pthread_cond_t变量后，调用pthread_cond_init（）函数，第一个参数为之前声明的变量。
第二个参数在Linux中不起作用。
b.声明一个pthread_mutex_t变量，并调用pthread_mutex_init（）初始化。
c.调用pthread_cond_signal（）发出信号。
如果此时有线程在等待该信号，那么该线程将会唤醒。
如果没有，该信号就会别忽略。
d.如果想唤醒所有等待该信号的线程，调用pthread_cond_broadcast（）。
e.调用pthread_cond_wait（）等待信号。
如果没有信号，线程将会阻塞，直到有信号。
该函数的第一个参数是条件变量，第二个参数是一个mutex。
在调用该函数之前必须先获得互斥量。
如果线程阻塞，互斥量将立刻会被释放。
2.实验中遇到了哪些问题，是怎样解决的？
在实验过程中还遇到了一些问题，在函数编译时，我输入命令gcc–oshiyan2shiyan2.c时系统m没有执行，后来请教同学后将命令改为：
gccshiyan2.c-lpthread后运行成功。
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