多进程-生产者,消费者问题

进程同步经典问题-生产者消费者

生产者消费者模型描述：
生产者/消费者问题可以描述为：两个或者更多的进程（线程）共享同一个缓冲区，其中一个或多个进程（线程）作为“生产者”会不断地向缓冲区中添加数据，另一个或者多个进程（线程）作为“消费者”从缓冲区中取走数据。生产者/消费者模型的关注点为：
1、生产者和消费者必须互斥的使用缓冲区
2.缓冲区空时，消费者不能读取数据
3.缓冲区满时，生产者不能添加数据
生产者消费者模型的优点：
1）解耦合性：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两个独立的并发主体。生产者把制造出来的数据添加到缓冲区，就可以以再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）支持闲忙不均：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，或者生产者生产数据多，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平衡。
重点：
1）假设缓冲区的大小为n(也就是存储单元的个数），它就可以被生产者和消费者循环使用。
2）分别设置两个指针in和out，指向生产者将存放数据的存储单元和消费者将取数据的单元
3）生产者不能向满缓冲区写数据，消费者不能再空缓冲区中取数据，即必须对生产者和消费者进行同步。另外，如果不进行同步控制，生产者和消费者可能同时进入缓冲区，甚至可能同时读写一个存储单元，将导致执行结果不确定。
生产者执行流程：
消费者执行流程：

使用信号量同步的过程如下：
具体问题场景描述：
假设有一个int型数组 ，有n=10 个元素。现在视该数组为缓冲区，创建三个线程作为生产者，随机几秒向缓冲区写入数据，再创建两个线程作为消费者，每隔几秒从缓冲区取数据并打印。 这个过程一直循环。 (随机函数可使用m = rand(), 每操作一次缓存区，适当可以等待若干秒，如使用sleep()，以便以观察结果，不使用也可以。)

    #include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<pthread.h>//进程的头文件
    #include<semaphore.h>//信号量的头文件
    #include<sys/sem.h>
  
    sem_t s;//互斥信号量，控制对缓冲区的访问
    sem_t n;//计数信号量，缓冲区数据个数
    sem_t e;//计数信号量，缓冲区空余单元个数
  
    int buffsize[10]={0};
    int in=0;//存放数据的指针
    int out=0;//取数据的指针
  
    void* producers()
    {
      while(1)
      {
        srand(time(NULL));;
        int data=rand()%100;
        sem_wait(&e);;
        sem_wait(&s);
        buffsize[in]=data;
        printf("%d""%d",in,data);
        printf("\n");
        in=(in+1)%10;
        sem_post(&s);
        sem_post(&n);
        sleep(1);
      }
    }
 
    void* consumers()
    {
    while(1)
      {
        sem_wait(&n);
        sem_wait(&s);
        printf("%d""%d",out,buffsize[out]);
        printf("\n");
        buffsize[out]=0;
        out=(out+1)%10;
        sem_post(&e);
        sem_post(&s);
        sleep(1);
   }
    }
 
 int main()
    {
       pthread_t   p1,p2,p3,c1,c2;
       sem_init(&s,0,1);
       sem_init(&s,0,0);
       sem_init(&s,0,10);
       pthread_create(&p1,NULL,producers,NULL);
       pthread_create(&p2,NULL,producers,NULL);
       pthread_create(&p3,NULL,producers,NULL);
       pthread_create(&c1,NULL,consumers,NULL);
       pthread_create(&c2,NULL,consumers,NULL);
       pthread_join(p1,NULL);
       pthread_join(p2,NULL);
       pthread_join(p3,NULL);
       pthread_join(c1,NULL);
       pthread_join(c2,NULL);
       sem_destroy(&s);
       sem_destroy(&n);
       sem_destroy(&e);
       exit(0);
}