thread同步测试

任务说明

1.编译运行附件中的代码，提交运行结果截图，并说明程序功能
2.修改代码，把同步资源个数减少为3个，把使用资源的线程增加到（你的学号%3 + 4）个，编译代码，提交修改后的代码和运行结果截图。

原理理解

PV原语

PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。其基本思路是用一种新的变量类型(semaphore)来记录当前可用资源的数量。
semaphore有两种实现方式：

semaphore的取值必须大于或等于0。0表示当前已没有空闲资源，而正数表示当前空闲资源的数量；
semaphore的取值可正可负，负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数。

信号量是由操作系统来维护的，用户进程只能通过初始化和两个标准原语(P、V原语)来访问。初始化可指定一个非负整数，即空闲资源总数。

P原语：阻塞原语，负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态，直到另外一个进程唤醒它。操作为：申请一个空闲资源(把信号量减1)，若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞；
V原语：唤醒原语，负责把一个被阻塞的进程唤醒，它有一个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息。操作为：释放一个被占用的资源(把信号量加1)，如果发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之。

P原语操作的动作是：

sem减1；
若sem减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；
若sem减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。
V原语操作的动作是：

V原语操作的动作是：

sem加1；
若相加结果大于零，则进程继续执行；
若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。

原文链接：https://blog.csdn.net/s2152637/article/details/102466060

编译原代码

原始代码如下：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>

#define NUM 5//资源的数量为5
int queue[NUM];//缓冲区等待队列数量也为5
sem_t blank_number, product_number;//设置缓冲区空白位置数量、缓冲区产品数量

void *producer ( void * arg )
{
	static int p = 0;

	for ( ;; ) {
		sem_wait( &blank_number );//进行缓冲区空白位置信号量的P操作。因为生产一个产品，空白位置就减一
		queue[p] = rand() % 1000;
		printf("Product %d \n", queue[p]);
		p = (p+1) % NUM;
		sleep ( rand() % 5);
		sem_post( &product_number );//释放一个产品，缓冲区产品数量信号量加一
	}
}
void *consumer ( void * arg )
{

	static int c = 0;
	for( ;; ) {
		sem_wait( &product_number );//消费一个产品，缓冲区产品数量信号量减一，执行P操作
		printf("Consume %d\n", queue[c]);
		c = (c+1) % NUM;
		sleep( rand() % 5 );
		sem_post( &blank_number );//消费一个产品，缓冲区空白位置数量信号量加一，执行V操作
	}
}

int main(int argc, char *argv[] )
{
	pthread_t pid, cid;
    
	sem_init( &blank_number, 0, NUM );//初始化空闲缓冲区信号量 
	sem_init( &product_number, 0, 0);//初始化缓冲区产品数量信号量 
	pthread_create( &pid, NULL, producer, NULL);//创建生产者线程
	pthread_create( &cid, NULL, consumer, NULL);//创建消费者线程
	pthread_join( pid, NULL );
	pthread_join( cid, NULL );
	sem_destroy( &blank_number );
	sem_destroy( &product_number );
	return 0;
}

这里我们需要注意因为是线程操作，所以在编译运行时要加上 -lpthread，调用pthread库，这样头文件才能使用。这里我的代码名是mypth.c，故需要运用 gcc mypth.c -o mypth -lpthread 来编译。

运行结果截图如下：

修改代码

原来的代码中NUM的值为5，可知以前资源数为5，而只有一个消费者线程。用20201217%3+4=4，这里我们需要创建4个消费者线程。故我们需要添加互斥信号量mutex，加上头文件#include<unistd.h>,另外PV操作都要相应地加上对mutex互斥信号量的操作。创建线程时pthread_create( &cid1, NULL, consumer, NULL);语句要扩充为4个。

修改后的代码如下：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>

#define NUM 3//资源的数量为3 
int queue[NUM];
sem_t blank_number, product_number,mutex;//设置缓冲区空白位置数量、缓冲区产品数量、互斥信号量 

void *producer ( void * arg )
{
	static int p = 0;

	for ( ;; ) {
		sem_wait( &blank_number );//是否对生产者阻塞 
		sem_wait( &mutex);//占用互斥信号量，互斥信号量-1 
		queue[p] = rand() % 1000;//等待队列 
		printf("Product %d \n", queue[p]);
		p = (p+1) % NUM;//因为资源只有3个，计数后还需要mod 3 
		sleep ( rand() % 5);//休眠 
		sem_post(&mutex); //释放互斥信号量 
		sem_post( &product_number );//是否唤醒消费者 
	}
}
void *consumer ( void * arg )
{

	static int c = 0;
	for( ;; ) {
		sem_wait( &product_number );//是否对消费者进行阻塞 
    	sem_wait(&mutex);//互斥信号量 
		printf("Consume %d\n", queue[c]);
		c = (c+1) % NUM;//同理，资源数只有3个 
		sleep( rand() % 5 );
		sem_post(&mutex);//互斥信号量 
		sem_post( &blank_number );//是否唤醒生产者 
	}
}

int main(int argc, char *argv[] )
{
	pthread_t pid, cid1,cid2,cid3,cid4;//创建4个消费者线程 
	sem_init( &blank_number, 0, NUM );//初始化空闲缓冲区信号量 
	sem_init( &product_number, 0, 0);//初始化产品信号量 
	sem_init( &mutex, 1, 1);//初始化互斥信号量 
	pthread_create( &pid, NULL, producer, NULL);//创建生产者进程
	pthread_create( &cid1, NULL, consumer, NULL);//创建消费者线程 
	pthread_create( &cid2, NULL, consumer, NULL);
	pthread_create( &cid3, NULL, consumer, NULL);
	pthread_create( &cid4, NULL, consumer, NULL);//这里创建了4个消费者线程 
	pthread_join( pid, NULL );
	pthread_join( cid1, NULL );//等待消费者线程执行完毕 
	pthread_join( cid2, NULL );
	pthread_join( cid3, NULL );
	pthread_join( cid4, NULL ); //4个消费者线程执行完毕 
	sem_destroy( &blank_number );//销毁信号量 
	sem_destroy( &product_number );
	return 0;
}