实验六 生产者/消费者问题实验
一、实验目的
掌握Linux下生产者/消费者问题算法的实现
二、实验原理
1.clone系统调用：
功能：创建一个轻进程或线程
用法：
intclone (int (*fn)(void *arg),void *stack,int flag,void *arg);
其中，
★fn是轻进程所执行的函数；stack是轻进程所使用的栈
★flag是CLONE_VM,CLONE_FS,CLONE_FILES,CLONE_SIGNAND,CLONE_PID的组合
★arg是调用过程的对应参数
clone的关键是flag的设定。
☆CLONE_VM表示子进程共享父进程的内存
☆CLONE_FS表示子进程共享父进程的文件系统
☆CLONE_SIGNAND表示子进程共享父进程的消息处理机制
☆CLONE_PID指子进程继承父进程的id号
2.sem_wait和sem_post系统调用：
sem_wait(&s)和sem_post(&s)分别相当于信号灯的P操作和V操作。其中，s是类型为sem_t的信号灯。初始化函数sem_init(s,0,8)。
3.pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock系统调用：
pthread_mutex_lock(&mutex)和pthread_rmutex_unlock(&mutex)分别用于加锁和解锁。参数为mutex定义的互斥锁。初始pthread_mutex_init(&mutex,NULL)。
三、实验内容
1. 阅读以下源码，使用系统调用clone()创建两个生产者线程和两个消费者线程。当该程序运行时，在系统中有两个生产者线程和两个消费者线程并发执行。观察至少三次以上的运行结果并分析原因；（编译命令：gcc –pthread -o pc.out producerconsumer.c）
#include "sched.h"
#include "pthread.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "semaphore.h"
#define BUFFER_LEN 8 //定义缓冲区长度
void producer(void *args);
void consumer(void *args);
pthread_mutex_t mutex;
sem_t product;
sem_t warehouse;
char buffer[BUFFER_LEN][4];
int in,out; //产品进、出缓冲区指针
int tot=0; //缓冲区中的产品总数
main(int argc,char **argv){
pthread_mutex_init(&mutex,NULL); //对互斥信号量进行初始化
sem_init(&product,0,0); //对标识产品个数的信号量进行初始化
sem_init(&warehouse,0,BUFFER_LEN); //对标识缓冲区中空位置个数的信号量进行初始化
in=0;
out=0;
inti0=0,i1=1;
intclone_flag, retval;
char *stack;
clone_flag=CLONE_VM|CLONE_SIGHAND|CLONE_FS|CLONE_FILES;
//创建两个生产者和两个消费者线程
stack=(char *)malloc(4096);
retval=clone((void *)producer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&i0);
stack=(char *)malloc(4096);
retval=clone((void *)consumer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&i0);
stack=(char *)malloc(4096);
retval=clone((void *)producer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&i1);
stack=(char *)malloc(4096);
retval=clone((void *)consumer,&(stack[4095]),clone_flag,(void*)&i1);
exit(1);
}
void producer(void *args){
intid=*((int *)args);
inti;
for(i=0;i<10;i++){
sleep(i+1);
sem_wait(&warehouse);
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(id==0)
strcpy(buffer[in],"aaa\0");
else
strcpy(buffer[in],"bbb\0");
printf("producer %d produces %s in %d\n",id,buffer[in],in);
in=(in+1)%BUFFER_LEN;
tot++; //当前产品总数加1
printf("*****the number of products:%d*****\n",tot);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sem_post(&product);
}
printf("producer %d is over!\n",id);
}
void consumer(void *args){
intid=*((int *)args);
inti;
for(i=0;i<10;i++){
sleep(10-i);
sem_wait(&product);
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("consumer %d get %s in %d\n",id,buffer[out],out);
out=(out+1)%BUFFER_LEN;
tot--; //当前产品总数减1
printf("*****the number of products:%d*****\n",tot);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sem_post(&warehouse);
}
printf("consumer %d is over!\n",id);
}
2. 修改上述代码，将producer函数中的sem_wait(&warehouse)和pthread_mutex_lock(&mutex)两行交换。观察至少三次以上的运行结果并分析原因；
3. 修改上述代码，将producer函数中的sem_wait(&warehouse)和pthread_mutex_lock(&mutex)两行交换，并且创建两个生产者线程和一个消费者线程。观察至少三次以上的运行结果并分析原因。
（注意：用linux中用ctrl+z返回到输入命令行方式）
四、实验要求
请同学们参考给出代码完成本次实验。
该实验为操作型实验，其实验报告书写要求如下：
n 实验原理：阐述系统调用的用法。
n 实验方案设计：利用clone系统调用实现线程创建、利用sem_wait和sem_post系统调用完成PV操作、利用pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock实现进程互斥。
n 实验过程应包括：为给出的源程序加上注释
n 实验结论应包括：程序运行结果，粘贴上拷屏的图(注意：为jpg格式)
n 小结应包括：三段程序运行结果及原因分析、实验的体会及收获、对搞好今后实验提出的建设性建议。
提交内容：实验报告
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