操原上机（二） 模拟实现“生产者-消费者”问题

实验内容

在 windows 环境下，利用高级语言编程环境（限定为 VS 环境或 VC 环境） 调用 CreateThread 函数和相关的同步函数，模拟实现“生产者-消费者”问题。

实验过程

首先，先写个生成随机数的函数，代码如下：

int random(void){
	int a=time (NULL);
	srand(a);
	return rand()%1000;
}

然后，是生产者的功能函数，主要代码如下：

if(id == 1)	number = random()+1000;
		else number = random()+2000;
Buffer[rear]=number;
		printf("生产者%d生产Buffer[%d],%d\n",id,rear,Buffer[rear]);
rear = (rear+1)%N;
Sleep(600);

之后，需要加入pv操作以及临界区。这也是本题的难点所在。下面介绍windows环境是如何实现这些操作的。

临界区

Windows有专门的临界区对象。其应用也非常简单。如下：

CRITICAL_SECTION cs;	//声明临界区对象
InitializeCriticalSection(&cs);		//初始化临界区对象 
EnterCriticalSection(&cs);	//进入临界区
LeaveCriticalSection(&cs);	//离开临界区

信号量机制

Windows通过信号量机制来实现p操作和v操作。其应用函数如下：

HANDLE full =NULL;	//声明
full = CreateSemaphore(NULL ,0 ,N,"full");	//创建
CloseHandle(full); 	//关闭
HANDLE full =OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,FALSE,"full");	//打开
WaitForSingleObject(full,INFINITE); 	//p操作
ReleaseSemaphore(empty,1,NULL);	//v操作

在这些函数中
CreateSemaphore(NULL ,0 ,N,“full”)函数的第二个参数是信号量的初始值，应大于等于0；第三个参数为信号量的最大值，第四个参数为信号量的名称（可用于在其他地方打开该信号量）。
ReleaseSemaphore(empty,1,NULL)函数的第二个参数代表释放之后信号量的值加n。

了解了windows的临界区对象和信号量机制之后，我们就可以理解生产者功能函数加入这两者之后的代码了：

DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpParam){
	int number;
	int id = ++i;
	HANDLE full =OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,FALSE,"full");
	HANDLE empty =OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,FALSE,"empty");
	while(1){
		if(id == 1)	number = random()+1000;
		else number = random()+2000;
		//p(empty)
		WaitForSingleObject(empty,INFINITE); 
		EnterCriticalSection(&cs);
		Buffer[rear]=number;
		printf("生产者%d生产Buffer[%d],%d\n",id,rear,Buffer[rear]);
		flag++;
		if(!flag){
			fp=fopen("C:\\Users\\HP\\Desktop\\记录.txt","w");
			if(fp==NULL){
				printf("can not load file!");
				exit(0); 
			}
		}
		fprintf(fp,"生产者%d生产Buffer[%d],%d\n",id,rear,Buffer[rear]);
	    rear = (rear+1)%N;
		LeaveCriticalSection(&cs);
		//v(full)
		ReleaseSemaphore(full,1,NULL);
		Sleep(600);
	}
}

以同样的方式，我们可以写出消费者的功能函数，然后再在主函数中用CreateThread调用这两个子程序，生成多线程。

完整代码：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include <time.h>
#define N 10

FILE *fp=NULL;
int flag = -1;
int Buffer[N];
int front=0,rear=0,i=0,j=0;
CRITICAL_SECTION cs;

int random(void){
	int a=time (NULL);
	srand(a);
	return rand()%1000;
}

//子线程函数  
DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpParam){
	int number;
	int id = ++i;
	HANDLE full =OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,FALSE,"full");
	HANDLE empty =OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,FALSE,"empty");
	while(1){
		if(id == 1)	number = random()+1000;
		else number = random()+2000;
		//p(empty)
		WaitForSingleObject(empty,INFINITE); 
		EnterCriticalSection(&cs);
		Buffer[rear]=number;
		printf("生产者%d生产Buffer[%d],%d\n",id,rear,Buffer[rear]);
		flag++;
		if(!flag){
			fp=fopen("C:\\Users\\HP\\Desktop\\记录.txt","w");
			if(fp==NULL){
				printf("can not load file!");
				exit(0); 
			}
		}
		fprintf(fp,"生产者%d生产Buffer[%d],%d\n",id,rear,Buffer[rear]);
	    rear = (rear+1)%N;
		LeaveCriticalSection(&cs);
		//v(full)
		ReleaseSemaphore(full,1,NULL);
		Sleep(600);
	}
}

//子线程函数  
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpParam){
	int id = ++j;
	HANDLE full =OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,FALSE,"full");
	HANDLE empty =OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,FALSE,"empty");
	while(1){
		//p(full)
		WaitForSingleObject(full,INFINITE); 
		EnterCriticalSection(&cs);
    	printf("\t消费者%d消费Buffer[%d],%d\n",id,front,Buffer[front]);
    	flag++;
		if(!flag){
			fp=fopen("C:\\Users\\HP\\Desktop\\记录.txt","w");
			if(fp==NULL){
				printf("can not load file!");
				exit(0); 
			}
		}
		fprintf(fp,"\t消费者%d消费Buffer[%d],%d\n",id,front,Buffer[front]);
    	front = (front+1)%N;
		LeaveCriticalSection(&cs);
		//v(empty)
		ReleaseSemaphore(empty,1,NULL);
		Sleep(1000);
	}
}  
//主函数  
int main(){
	InitializeCriticalSection(&cs);		//初始化临界区对象 
	HANDLE full =NULL;
	full = CreateSemaphore(NULL ,0 ,N,"full");
	HANDLE empty =NULL;
	empty = CreateSemaphore(NULL ,N,N,"empty");
    HANDLE hThread[5];
    hThread[0] = CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,NULL);
    hThread[1] = CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,NULL);
    hThread[2] = CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,NULL);
    hThread[3] = CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,NULL);
    hThread[4] = CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,NULL);
	WaitForMultipleObjects(5,hThread,TRUE,10000); 	//等待子线程运行 
	fclose(fp);
	CloseHandle(full); 
	CloseHandle(empty); 
    return 0;  
}