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南京工程建设招聘信息网站,企业做网站优点,信息技术网站建设市场分析,国外产品代理网1.实验目的1.掌握线程的概念及创建方法2.掌握线程互斥锁及条件变量同步机制3.掌握POSIX信号量机制4.掌握生产者消费者原理5.设计程序#xff0c;两种方法实现多线程生产者消费者同步问题2.实验截图及结果分析#xff08;1#xff09;实验截图#xff08;2#xff09;实验结…1.实验目的1.掌握线程的概念及创建方法2.掌握线程互斥锁及条件变量同步机制3.掌握POSIX信号量机制4.掌握生产者消费者原理5.设计程序两种方法实现多线程生产者消费者同步问题2.实验截图及结果分析1实验截图2实验结果分析本次实验通过使用条件变量和互斥锁以及Posix信号量两种方式实现生产者消费者同步问题实验结果展示了程序在多线程环境下数据的正确生产与消费体现了线程同步机制的有效性。①条件变量和互斥锁实现方式数据生产与消费顺序从实验截图的输出结果来看生产者1和生产者2交替向缓冲区写入数据且写入位置和值符合预期。消费者1和消费者2也能按顺序从缓冲区读取数据每次读取的数据值与生产者写入的值一致这表明在条件变量和互斥锁的同步机制下生产者和消费者线程之间的协作正常数据的读写顺序正确没有出现数据竞争或混乱的情况。缓冲区满与空的处理当缓冲区满时生产者线程会根据条件判断进入阻塞等待状态直到消费者从缓冲区取出数据通过条件变量notfull唤醒生产者线程继续写入数据当缓冲区空时消费者线程会通过条件变量notempty等待直到生产者写入数据后被唤醒读取数据。这说明条件变量和互斥锁有效地控制了缓冲区的状态避免了缓冲区溢出和下溢的问题保证了数据的安全性和完整性。线程执行频率在生产者1和生产者2以及消费者1和消费者2的代码中均设置了每次操作后休眠1秒的机制这使得线程的执行频率得到了有效控制输出结果清晰有序便于观察和分析线程的执行过程。② Posix信号量实现方式奇偶数据生产控制生产者1按照预期只生产奇数生产者2只生产偶数这表明通过对n的奇偶判断以及信号量的同步机制成功实现了对生产者生产数据的约束保证了数据生产的正确性和特定性。信号量同步效果Posix信号量mutex、empty和full在控制线程同步方面发挥了重要作用。empty信号量控制了生产者向缓冲区写入数据的时机只有当empty信号量的值大于0时生产者才能写入数据从而避免了缓冲区满时的写入操作full信号量控制了消费者从缓冲区读取数据的时机当full信号量的值大于0时消费者才能读取数据防止了缓冲区空时的读取操作mutex信号量则保证了对缓冲区的访问是线程安全的避免了多个线程同时访问缓冲区导致的数据错误。线程协作稳定性与条件变量和互斥锁实现方式类似通过设置线程每次操作后的休眠时间使得线程的执行过程清晰可见。在整个实验过程中生产者和消费者线程能够稳定协作没有出现线程死锁或数据错误的情况证明了Posix信号量在解决生产者消费者同步问题上的可靠性。③ 两种实现方式的对比条件变量和互斥锁以及Posix信号量都能有效地解决生产者消费者同步问题但在实现细节和适用场景上存在一定差异。条件变量和互斥锁的组合使用通过对条件的判断和等待机制更侧重于线程之间的条件同步而Posix信号量则通过对信号量值的操作来控制线程的执行更侧重于资源的计数和控制。在实际应用中可根据具体需求和场景选择合适的同步机制。3.实验程序1采用条件变量和互斥锁解决生产者消费者问题prodcons.c#include stdio.h #include pthread.h #include unistd.h // 为了使用 sleep 函数 #define BUFSIZE 8 int n 1, m 1; struct prodcons { int buffer[BUFSIZE]; pthread_mutex_t lock; // 互斥LOCK int readpos, writepos; pthread_cond_t notempty; // 缓冲区非空条件判断 pthread_cond_t notfull; // 缓冲区未满条件判断 }; void init(struct prodcons *b) { pthread_mutex_init(b-lock, NULL); pthread_cond_init(b-notempty, NULL); pthread_cond_init(b-notfull, NULL); b-readpos 0; b-writepos 0; } struct prodcons buffer; void *producer1(void *data) { while (1) { if (buffer.writepos % 2 0) { pthread_mutex_lock((buffer.lock)); // 等待缓冲区未满 if ((buffer.writepos 1) % BUFSIZE buffer.readpos) { // 缓冲区满,生产者将被挂起,直至重新被唤醒 pthread_cond_wait((buffer.notfull), (buffer.lock)); } // 写数据,并移动指针 printf( ); printf(producer1 start putting: put position is %d, put value is %d\n, buffer.writepos, n); buffer.buffer[buffer.writepos] n; buffer.writepos; if (buffer.writepos BUFSIZE) buffer.writepos 0; // 设置缓冲区非空的条件变量 pthread_cond_signal((buffer.notempty)); pthread_mutex_unlock((buffer.lock)); n; } sleep(1); // 生产者1每次操作后休眠1秒 } } void *producer2(void *data) { while (1) { if (buffer.writepos % 2 ! 0) { pthread_mutex_lock((buffer.lock)); // 等待缓冲区未满 if ((buffer.writepos 1) % BUFSIZE buffer.readpos) { // 缓冲区满,生产者将被挂起,直至重新被唤醒 pthread_cond_wait((buffer.notfull), (buffer.lock)); } // 写数据,并移动指针 printf( ); printf(producer2 start putting: put position is %d, put value is %d\n, buffer.writepos, n); buffer.buffer[buffer.writepos] n; buffer.writepos; if (buffer.writepos BUFSIZE) buffer.writepos 0; // 设置缓冲区非空的条件变量 pthread_cond_signal((buffer.notempty)); pthread_mutex_unlock((buffer.lock)); n; } sleep(1); // 生产者2每次操作后休眠1秒 } } void *consumer1(void *data) { int d; while (1) { pthread_mutex_lock((buffer.lock)); if (buffer.writepos buffer.readpos) { // 等待缓冲区非空 pthread_cond_wait((buffer.notempty), (buffer.lock)); } // 读数据,移动读指针 d buffer.buffer[buffer.readpos]; printf(first consumer: get position is %d, get value is %d\n, buffer.readpos, d); buffer.readpos; if (buffer.readpos BUFSIZE) buffer.readpos 0; // 设置缓冲区未满的条件变量 pthread_cond_signal((buffer.notfull)); pthread_mutex_unlock((buffer.lock)); sleep(1); // 消费者1每次操作后休眠1秒 } return NULL; } void *consumer2(void *data) { int d; while (1) { pthread_mutex_lock((buffer.lock)); if (buffer.writepos buffer.readpos) { // 等待缓冲区非空 pthread_cond_wait((buffer.notempty), (buffer.lock)); } // 读数据,移动读指针 d buffer.buffer[buffer.readpos]; printf(second consumer: get position is %d, get value is %d\n, buffer.readpos, d); buffer.readpos; if (buffer.readpos BUFSIZE) buffer.readpos 0; // 设置缓冲区未满的条件变量 pthread_cond_signal((buffer.notfull)); pthread_mutex_unlock((buffer.lock)); sleep(1); // 消费者2每次操作后休眠1秒 } return NULL; } int main(void) { pthread_t th_a, th_b, th_c, th_d; void *retval; init(buffer); pthread_create(th_a, NULL, producer1, 0); pthread_create(th_b, NULL, producer2, 0); pthread_create(th_c, NULL, consumer1, 0); pthread_create(th_d, NULL, consumer2, 0); pthread_join(th_a, retval); pthread_join(th_b, retval); pthread_join(th_c, retval); pthread_join(th_d, retval); return 0; }2使用Posix信号量解决生产者消费者问题prodcons-semwait.c#include stdio.h #include stdlib.h #include time.h #include sys/types.h #include pthread.h #include semaphore.h #include string.h #include unistd.h #define BUFSIZE 8 sem_t mutex, empty, full; int n 1, m 1; struct prodcons { int buffer[BUFSIZE]; int readpos, writepos; }; void init(struct prodcons *b) { b-readpos 0; b-writepos 0; } struct prodcons buffer; // producer1 只生产奇数 void *producer1(void *arg) { while (1) { if (n % 2 ! 0) { sem_wait(empty); sem_wait(mutex); printf(producer1 is putting: put pos is %d, put %d\n, buffer.writepos, n); buffer.buffer[buffer.writepos] n; buffer.writepos; if (buffer.writepos BUFSIZE) { buffer.writepos 0; } n; sem_post(mutex); sem_post(full); } sleep(1); // 控制生产速度 } return NULL; } // producer2 只生产偶数 void *producer2(void *arg) { while (1) { if (n % 2 0) { sem_wait(empty); sem_wait(mutex); printf(producer2 is putting: put pos is %d, put %d\n, buffer.writepos, n); buffer.buffer[buffer.writepos] n; buffer.writepos; if (buffer.writepos BUFSIZE) { buffer.writepos 0; } n; sem_post(mutex); sem_post(full); } sleep(1); // 控制生产速度 } return NULL; } void *consumer1(void *arg) { int data; while (1) { sem_wait(full); sem_wait(mutex); data buffer.buffer[buffer.readpos]; printf(consumer1 is getting: get pos is %d, get %d\n, buffer.readpos, data); buffer.readpos; if (buffer.readpos BUFSIZE) { buffer.readpos 0; } sleep(1); // 控制消费速度 sem_post(mutex); sem_post(empty); } return NULL; } void *consumer2(void *arg) { int data; while (1) { sem_wait(full); sem_wait(mutex); data buffer.buffer[buffer.readpos]; printf(consumer2 is getting: get pos is %d, get %d\n, buffer.readpos, data); buffer.readpos; if (buffer.readpos BUFSIZE) { buffer.readpos 0; } sleep(1); // 控制消费速度 sem_post(mutex); sem_post(empty); } return NULL; } int main(void) { pthread_t th_a, th_b, th_c, th_d; void *retval; init(buffer); sem_init(mutex, 0, 1); sem_init(empty, 0, 8); sem_init(full, 0, 0); pthread_create(th_a, NULL, producer1, NULL); pthread_create(th_b, NULL, producer2, NULL); pthread_create(th_c, NULL, consumer1, NULL); pthread_create(th_d, NULL, consumer2, NULL); pthread_join(th_a, retval); pthread_join(th_b, retval); pthread_join(th_c, retval); pthread_join(th_d, retval); sem_destroy(mutex); sem_destroy(empty); sem_destroy(full); return 0; }