问题描述
生产者消费者问题（英语：producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：bounded-buffer problem），是一个多进程同步问题的经典案例。 该问题描述了共享固定大小缓冲区的两个进程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据 放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
要解决该问题，就必须让生产者在缓冲区满时休眠（要么干脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，生产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。通常采用进程间通信的方法解决该问题，常用的方法有信号灯法等。如果解决方法不够完善，则容易出现死锁的情况。出现死锁时，两个线程都会陷入休眠，等待对方唤醒自己。该问题也能被推广到多个生产者和消费者的情形。
代码要求
- 三个线程，两个缓冲区 第一个线程往缓冲区a中put,第二个线程从缓冲区a中get，然后put到缓冲区b中；第三个线程从缓冲区b中get。第一个线程相当于纯生产者，第三个线程相当于纯消费者,第二个线程相当于既是生产者又是消费者。
- 用c++类封装信号量相关的api函数，实现一个名为semaphore的类，提供两个成员 函数：p()和v()；
semaphore s(8);
s.p();
s.v();
- 用两个锁分别保护head和tail
实现临界区互斥访问的方法之一 信号量法
概念上信号量是表示无力资源数量的实体，它是一个与队列有关的整型变量，实现上，信号量是一种记录型数据结构，有两个分量，一个是信号量的值，一个是等待该信号量的进程队列的头指针。
实验代码
1 #include <windows.h> 2 #include <iostream> 3 4 5 using namespace std; 6 7 8 class semaphore { 9 private: 10 handle ssemaphore; 11 public: 12 semaphore(int m, int n) { 13 ssemaphore = createsemaphore(null, m, n, null); //创建信号量 14 } 15 ~semaphore() { //销毁信号量 16 closehandle(ssemaphore); 17 } 18 void p() { //p操作 19 waitforsingleobject(ssemaphore, infinite); 20 } 21 22 void v() { //v操作 23 releasesemaphore(ssemaphore, 1, null); 24 } 25 26 }; 27 28 29 class buffer { 30 static const int size = 100; 31 private: 32 int cells[size]; 33 int tail; 34 int head; 35 int num; 36 37 semaphore semaphore_full_cell; //空格子 38 semaphore semaphore_empty_cell; //满格子 39 semaphore mutex; 40 semaphore mutex_tail;//保护尾部信号量 41 public: 42 buffer() 43 : num(0), head(0), tail(0), semaphore_full_cell(0, size), 44 semaphore_empty_cell(size, size), mutex(1, 1), mutex_tail(1, 1){} 45 ~buffer(){} 46 47 bool put(int x) 48 { 49 semaphore_empty_cell.p(); 50 mutex_tail.p(); 51 if (num == size) { 52 return false; 53 } 54 cells[tail] = x; 55 tail = (tail + 1) % size; 56 num++; 57 mutex_tail.v(); 58 semaphore_full_cell.v(); 59 return true; 60 } 61 62 bool get(int& x) 63 { 64 semaphore_full_cell.p(); 65 mutex.p(); 66 if (num == 0) { 67 return false; 68 } 69 x = cells[head]; 70 head = (head + 1) % size; 71 num--; 72 mutex.v(); 73 semaphore_empty_cell.v(); 74 return true; 75 } 76 }; 77 78 79 buffer a; //a缓存区 80 buffer b; //b缓存区 81 82 83 dword winapi producer(lpvoid) //生产者线程 84 { 85 for (int i = 0; i < 200; i++) { 86 bool ok = a.put(i); 87 if (!ok) { 88 cout << getcurrentthreadid() << " put: " << i << endl; 89 } 90 } 91 return 0; 92 } 93 94 95 dword winapi consumer(lpvoid) //消费者线程 96 { 97 for (int i = 0; i < 200; i++) { 98 int x; 99 bool ok = b.get(x); 100 if (!ok) { 101 cout << getcurrentthreadid() << " get: " << endl; 102 } 103 } 104 return 0; 105 } 106 107 108 dword winapi midder(lpvoid) //即是生产者也是消费者线程 109 { 110 for (int i = 0; i < 200; i++) { 111 int x; 112 bool ok1 = a.get(x); 113 if (!ok1) { 114 cout << getcurrentthreadid() << " get: " << endl; 115 } 116 bool ok = b.put(i); 117 if (!ok) { 118 cout << getcurrentthreadid() << " put: " << i << endl; 119 } 120 121 } 122 return 0; 123 } 124 125 126 int main() 127 { 128 handle thread1 = createthread(null, 0, producer, 0, 0, null); 129 handle thread2 = createthread(null, 0, midder, 0, 0, null); 130 handle thread3 = createthread(null, 0, consumer, 0, 0, null); 131 132 waitforsingleobject(thread1, infinite); 133 waitforsingleobject(thread2, infinite); 134 waitforsingleobject(thread3, infinite); 135 136 return 0; 137 }
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