pv操作经典问题－生产者与消费者问题

   生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题，已经属于化石级别的了。该问题最早由Dijkstra提出，用以演示他提出的信号量机制。要求设计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。消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。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。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。

   要求设计并实现一个进程，该进程拥有一个生产者线程和一个消费者线程，它们使用N个不同的缓冲区（N为一个自定义的确定的数值，例如N=32）。需要使用如下信号量：

• 一个互斥信号量，用以阻止生产者线程和消费者线程同时操作缓冲区列表；
• 一个信号量，当生产者线程生产出一个物品时可以用它向消费者线程发出信号；
• 一个信号量，消费者线程释放出一个空缓冲区时可以用它向生产者线程发出信号；

看代码吧：

//pv操作：生产者与消费者经典问题
//author:leaf
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

#define M 32             /*缓冲数目*/

#define P(x)     sem_wait(&x)
#define V(x)    sem_post(&x)

int in = 0;         /*生产者放置产品的位置*/
int out = 0;             /*消费者取产品的位置*/

int buff[M] = {0};     /*缓冲初始化为0， 开始时没有产品*/

sem_t empty_sem;         /*同步信号量，当满了时阻止生产者放产品*/
sem_t full_sem;         /*同步信号量，当没产品时阻止消费者消费*/
pthread_mutex_t mutex; /*互斥信号量， 一次只有一个线程访问缓冲*/

/*
 *output the buffer
 */
void print()
{
    int i;
    for(i = 0; i < M; i++)
        printf("%d ", buff[i]);
    printf("\n");
}

/*
 *producer
 */
void *producer()
{
    for(;;)
    {
        sleep(1);

        P(empty_sem);
        pthread_mutex_lock(&mutex);

        in = in % M;
        printf("(+)produce a product. buffer:");

        buff[in] = 1;
        print();
        ++in;

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        V(full_sem);
    }
}

/*
 *consumer
 */
void *consumer()
{
    for(;;)
    {
        sleep(2);

        P(full_sem);
        pthread_mutex_lock(&mutex);

        out = out % M;
        printf("(-)consume a product. buffer:");

        buff[out] = 0;
        print();
        ++out;

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        V(empty_sem);
    }
}

void sem_mutex_init()
{
    /*
     *semaphore initialize
     */
    int init1 = sem_init(&empty_sem, 0, M);
    int init2 = sem_init(&full_sem, 0, 0);
    if( (init1 != 0) && (init2 != 0))
    {
        printf("sem init failed \n");
        exit(1);
    }
    /*
     *mutex initialize
     */
    int init3 = pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    if(init3 != 0)
    {
        printf("mutex init failed \n");
        exit(1);
    }
    
}
int main()
{
    pthread_t id1;
    pthread_t id2;
    int i;
    int ret;

    sem_mutex_init();
    
    /*create the producer thread*/
    ret = pthread_create(&id1, NULL, producer, NULL);
    if(ret != 0)
    {
        printf("producer creation failed \n");
        exit(1);
    }
    
    /*create the consumer thread*/
    ret = pthread_create(&id2, NULL, consumer, NULL);
    if(ret != 0)
    {
        printf("consumer creation failed \n");
        exit(1);
    }

    pthread_join(id1,NULL);
    pthread_join(id2,NULL);

    exit(0);
}

程序执行结果：

其中1表示已经生产出的产品，1的个数就代表已生产出的产品个数。