操作系统之经典 | 生产者与消费者问题

本文主要是介绍操作系统之经典 | 生产者与消费者问题，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

文章目录

• • • 一、生产者消费者问题概述
    • 二、生产者消费者模型优点
    • 三、生产者消费者模型变量定义
    • 四、生产者消费者流程图
    • 五、代码

一、生产者消费者问题概述

描述：俩个或者更多的线程共享同一个缓冲区，其中一个或多个线程作为“生产者”会不断地向缓冲区中添加数据，另一个或者多个线程作为“消费者”从缓冲区中取走数据。要注意以下几点：

• 生产者和消费者必须互斥的使用缓冲区
• 缓冲区空时，消费者不能读取数据
• 缓冲区满时，生产者不能添加数据

二、生产者消费者模型优点

1、解耦：因为多了一个缓冲区，所以生产者和消费者并不直接相互调用，这样生产者和消费者的代码发生变化，都不会对对方产生影响。这样其实就是把生产者和消费者之间的强耦合解开，变成了生产者和缓冲区，消费者和缓冲区之间的弱耦合

2、支持并发：如果消费者直接从生产者拿数据，则消费者需要等待生产者生产数据，同样生产者需要等待消费者消费数据。

而有了生产者 / 消费者模型，生产者和消费者可以是俩个独立的并发主体。生产者把制造出来的数据添加到缓冲区，就可以去生产下一个数据了。

而消费者也是一样的，从缓冲区中读取数据，不需要等待生产者。这样，生产者和消费者就可以并发的执行。

3、支持忙闲不均：如果消费者直接从生产者这里拿数据，而生产者生产数据很慢，消费者消费数据很快，或者生产者产生数据很多，消费者消费数据很慢。都会造成占用CPU的时间片白白浪费。

生产者 / 消费者模型中，生产者只需要将生产的数据添加到缓冲区，缓冲区满了就不生产了。消费者从缓冲区中读取数据，缓冲区空了就不消费了，使得生产者/消费者的处理能力达到一个动态的平衡。

三、生产者消费者模型变量定义

定义 ：
sem_empty （代表缓冲区有无空闲）来判断生产者能否往缓冲区写数据 　初值为 Ｎ

sem_full (代表缓冲区有几个数据）来判断消费者能否从缓冲区读数据　　　初值为０

因为生产者在往缓冲区写数据时，消费者不能读，所以就需要定义一个互斥锁 mutex

四、生产者消费者流程图

生产者：
顺序不能更改

消费者：

五、代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>

#define BUFF_MAX 10
#define SC_NUM 2
#define XF_NUM 3

int buff[BUFFMAX];
int in = 0;
int out = 0;

sem_t sem_empty;//信号量
sem_t sem_full;//信号量
pthread_mutex_t mutex;

void *sc_thread(coid *arg)
{
	int index = (int)arg;
	for(int i = 0; i < 30; i++)
	{
		sem_wait(&sem_empty);//看有没有空闲位置，p减一
		pyhread_mutex_lock(&mutex);//加锁
		buff[in] = rand() % 100;
		printf("第%d个线程产生数据：%d，在%d的位置\n",index,buff[in],in);
		in = (in + 1) % BUFF_MAX;
		 pthread_mutex_unlock(&mutex);
		 sem_post(&sem_full);//数据的个数 v加一
			
		
	}
}

void * xf_thread(void *arg)
{
	int index = (int)arg;
	for(int i = 0;i < 20; i++)
	{
		sem_wait(&sem_full);
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		printf("---------第%d个线程，消费数据：%d，在%d位置\n",index,buff[out],out);
		out = (out + 1) % BUFF_MAX;
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
		sem_post(&sem_empty);
	}
}

int main()
{
	sem_init(&sem_empty,0,0,BUFF_MAX);//信号量初始化
	sem_init(&sem_full,0,0);//信号量初始化
	pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
	
	srand((int))time(NULL);
	
	pthread_t sc_id[SC_NUM];//定义生产者
	pthread_t xf_id[XF_NUM];//定义消费者

	for(int i = 0;i < SC_NUM;i++)
	{
		pthread_create(	&sc_id[i],NULL,sc_thread,(void*)i);//创建生产者
	}

	for(int i = 0; i < XF_NUM; i++)
	{
		pthread_create(&xf_id[i],NULL,xf_thread,(void*)i);//创建消费者
	}
	
	for(int i = 0;i < SC_NUM;i++)
	{
		pthread_join(&sc_id[i],NULL);
	}

	for(int i = 0; i < XF_NUM; i++)
	{
		pthread_join(&xf_id[i],NULL);
	}
	
	//销毁信号量
	sem_destroy(&sem_empty);
	sem_destrory(&sem_full);

	//互斥锁销毁
	pthread_mutex_destroy(&mutex);
		
	printf("main over\n");
	exit(0);
}

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