生产者与消费者模型-有界缓冲区
2020-04-29 16:02:22来源:博客园 阅读 ()
生产者与消费者模型-有界缓冲区
生产者消费者模型问题描述
生产者消费者问题(英语:Producer-consumer problem),也称有限缓冲问题(英语:Bounded-buffer problem),是一个多进程同步问题的经典案例。 该问题描述了共享固定大小缓冲区的两个进程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据 放到缓冲区中,然后重复此过程。与此同时,消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据,消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
要解决该问题,就必须让生产者在缓冲区满时休眠(要么干脆就放弃数据),等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候,生产者才能被唤醒,开始往缓冲区添加数据。同样,也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠,等到生产者往缓冲区添加数据之后,再唤醒消费者。通常采用进程间通信的方法解决该问题,常用的方法有信号灯法等。如果解决方法不够完善,则容易出现死锁的情况。出现死锁时,两个线程都会陷入休眠,等待对方唤醒自己。该问题也能被推广到多个生产者和消费者的情形。
代码要求
- 三个线程,两个缓冲区 第一个线程往缓冲区a中put,第二个线程从缓冲区a中get,然后put到缓冲区b中;第三个线程从缓冲区b中get。第一个线程相当于纯生产者,第三个线程相当于纯消费者,第二个线程相当于既是生产者又是消费者。
- 用C++类封装信号量相关的API函数,实现一个名为Semaphore的类,提供两个成员 函数:p()和v();
Semaphore s(8);
s.p();
s.v();
- 用两个锁分别保护head和tail
实现临界区互斥访问的方法之一 信号量法
概念上信号量是表示无力资源数量的实体,它是一个与队列有关的整型变量,实现上,信号量是一种记录型数据结构,有两个分量,一个是信号量的值,一个是等待该信号量的进程队列的头指针。
实验代码
1 #include <windows.h> 2 #include <iostream> 3 4 5 using namespace std; 6 7 8 class Semaphore { 9 private: 10 HANDLE SSemaphore; 11 public: 12 Semaphore(int m, int n) { 13 SSemaphore = CreateSemaphore(NULL, m, n, NULL); //创建信号量 14 } 15 ~Semaphore() { //销毁信号量 16 CloseHandle(SSemaphore); 17 } 18 void P() { //P操作 19 WaitForSingleObject(SSemaphore, INFINITE); 20 } 21 22 void V() { //V操作 23 ReleaseSemaphore(SSemaphore, 1, NULL); 24 } 25 26 }; 27 28 29 class Buffer { 30 static const int SIZE = 100; 31 private: 32 int cells[SIZE]; 33 int tail; 34 int head; 35 int num; 36 37 Semaphore semaphore_full_cell; //空格子 38 Semaphore semaphore_empty_cell; //满格子 39 Semaphore mutex; 40 Semaphore mutex_tail;//保护尾部信号量 41 public: 42 Buffer() 43 : num(0), head(0), tail(0), semaphore_full_cell(0, SIZE), 44 semaphore_empty_cell(SIZE, SIZE), mutex(1, 1), mutex_tail(1, 1){} 45 ~Buffer(){} 46 47 bool put(int x) 48 { 49 semaphore_empty_cell.P(); 50 mutex_tail.P(); 51 if (num == SIZE) { 52 return false; 53 } 54 cells[tail] = x; 55 tail = (tail + 1) % SIZE; 56 num++; 57 mutex_tail.V(); 58 semaphore_full_cell.V(); 59 return true; 60 } 61 62 bool get(int& x) 63 { 64 semaphore_full_cell.P(); 65 mutex.P(); 66 if (num == 0) { 67 return false; 68 } 69 x = cells[head]; 70 head = (head + 1) % SIZE; 71 num--; 72 mutex.V(); 73 semaphore_empty_cell.V(); 74 return true; 75 } 76 }; 77 78 79 Buffer a; //a缓存区 80 Buffer b; //b缓存区 81 82 83 DWORD WINAPI producer(LPVOID) //生产者线程 84 { 85 for (int i = 0; i < 200; i++) { 86 bool ok = a.put(i); 87 if (!ok) { 88 cout << GetCurrentThreadId() << " put: " << i << endl; 89 } 90 } 91 return 0; 92 } 93 94 95 DWORD WINAPI consumer(LPVOID) //消费者线程 96 { 97 for (int i = 0; i < 200; i++) { 98 int x; 99 bool ok = b.get(x); 100 if (!ok) { 101 cout << GetCurrentThreadId() << " get: " << endl; 102 } 103 } 104 return 0; 105 } 106 107 108 DWORD WINAPI midder(LPVOID) //即是生产者也是消费者线程 109 { 110 for (int i = 0; i < 200; i++) { 111 int x; 112 bool ok1 = a.get(x); 113 if (!ok1) { 114 cout << GetCurrentThreadId() << " get: " << endl; 115 } 116 bool ok = b.put(i); 117 if (!ok) { 118 cout << GetCurrentThreadId() << " put: " << i << endl; 119 } 120 121 } 122 return 0; 123 } 124 125 126 int main() 127 { 128 HANDLE thread1 = CreateThread(NULL, 0, producer, 0, 0, NULL); 129 HANDLE thread2 = CreateThread(NULL, 0, midder, 0, 0, NULL); 130 HANDLE thread3 = CreateThread(NULL, 0, consumer, 0, 0, NULL); 131 132 WaitForSingleObject(thread1, INFINITE); 133 WaitForSingleObject(thread2, INFINITE); 134 WaitForSingleObject(thread3, INFINITE); 135 136 return 0; 137 }
原文链接:https://www.cnblogs.com/moguli/p/12791325.html
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