中南大学Linux第四次实验报告Word文档格式.docx

1、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

2、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、condition virable和semapho

3、re完成上述问题。（4）程序源代码和实验结果如下：#include stdio.hsemaphore.hsem_t blank_number, product_number;pthread_cond_t full = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_cond_t empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;#define NUM 15 struct P_Queue char productcNUM; int front, rear; int

4、num;void *producer1（void *arg） struct P_Queue *q; q = （struct P_Queue *） arg; while （1） pthread_mutex_lock（&lock）; while （q-num = NUM） pthread_cond_wait（&full, & sem_wait（&blank_number）; char c = rand（） % 26 + a; q-rear = （q-rear + 1） % NUM;productcq-rear = c; printf（缓冲池1的产品是：%cn, q-rear）;num+;产品数量：

5、%dnnum）; sem_post（&product_number）; if （q-num = 1） pthread_cond_signal（&empty）; pthread_mutex_unlock（& sleep（rand（） % 2）;void *producer2（void *arg） struct P_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; char c = q-front;front = num-;消费者1显示内容： %

6、cn, c）;num = NUM - 1） full）;void *consumer2（void *arg）num = 0） char d = 0; if（c=65 & crear = NUM - 1;num = 0; pthread_t pid1, 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, pro

7、ducer2, （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

8、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： int pthread_mutex_init（pthread_mutex_t *mutex, const pthread_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： int pthread_mutex_lock（pthread_mutex

9、_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int pthread_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

10、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

11、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

12、_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 o shiyan2 shiyan2.c时系统m没有执行，后来请教同学后将命令改为：gcc shiyan2.c -lpthread后运行成功。