linux下实现生产者消费者问题

本文主要是介绍linux下实现生产者消费者问题，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

生产者（producer）和消费者（consumer）问题是并发处理中最常见的一类问题，是一个多线程同步问题的经典案例。

可以这样描述这个问题，有一个或者多个生产者产生某种类型的数据，并放置在固定大小的缓冲区中，一个消费者从缓冲区中取数据，每次取一项，系统必须保证对缓冲区的重复操作，任何时候，只有一个生产者或者消费者可以访问缓冲区；同时，消费者只能在缓冲区不为空的时候从缓冲区中读数据，生产者只能在缓冲区不为满的时候向缓冲区写入数据。

上面的问题总结起来有两点：

第一是缓冲区的互斥访问问题，任意时刻最多只能有一个线程访问缓冲区，linux下可以使用互斥量pthread_mutex_t对访问缓冲区的临界区代码进行保护。

第二是生产者和消费者对缓冲区访问的同步问题，生产者在缓冲区满时不能向缓冲区中写入数据，同时消费者在缓冲区空时不能读取数据，这里采用两个信号量room_sem和product_sem 来对缓冲区进行同步。

实现代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>#define PRODUCER_NUM 5 //生产者数目
#define CONSUMER_NUM 5 //消费者数目
#define POOL_SIZE	 11  //缓冲池大小
int pool[POOL_SIZE];	//缓冲区
int head=0;	//缓冲池读取指针
int rear=0; //缓冲池写入指针
sem_t	room_sem;		//同步信号信号量，表示缓冲区有可用空间
sem_t	product_sem;		//同步信号量，表示缓冲区有可用产品
pthread_mutex_t mutex;
void producer_fun(void *arg)
{while (1){sleep(1);sem_wait(&room_sem);pthread_mutex_lock(&mutex);//生产者往缓冲池中写入数据pool[rear] = 1;rear = (rear + 1) % POOL_SIZE;printf("producer %d write to pool\n", (int)arg);printf("pool size is %d\n",(rear-head+POOL_SIZE)%POOL_SIZE);pthread_mutex_unlock(&mutex);sem_post(&product_sem);}
}void consumer_fun(void *arg)
{while (1){int data;sleep(10);sem_wait(&product_sem);pthread_mutex_lock(&mutex);//消费者从缓冲池读取数据data = pool[head];head = (head + 1) % POOL_SIZE;printf("consumer %d read from pool\n", (int)arg);printf("pool size is %d\n",(rear-head+POOL_SIZE)%POOL_SIZE);pthread_mutex_unlock(&mutex);sem_post(&room_sem);}
}int main()
{pthread_t producer_id[PRODUCER_NUM];pthread_t consumer_id[CONSUMER_NUM];pthread_mutex_init(&mutex, NULL);	//初始化互斥量int ret = sem_init(&room_sem, 0, POOL_SIZE-1);	//初始化信号量room_sem为缓冲池大小if (ret != 0){printf("sem_init error");exit(0);}ret = sem_init(&product_sem, 0, 0);	//初始化信号量product_sem为0，开始时缓冲池中没有数据if (ret != 0){printf("sem_init error");exit(0);}for (int i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++){//创建生产者线程ret =pthread_create(&producer_id[i], NULL, producer_fun, (void*)i);if (ret != 0){printf("producer_id error");exit(0);}//创建消费者线程ret = pthread_create(&consumer_id[i], NULL, consumer_fun, (void*)i);if (ret != 0){printf("consumer_id error");exit(0);}}for(int i=0;i<PRODUCER_NUM;i++){pthread_join(producer_id[i],NULL);pthread_join(consumer_id[i],NULL);}exit(0);
}

运行结果：

需要说明的是下面两条语句的顺序不能改变

sem_wait(&room_sem);
pthread_mutex_lock(&mutex);

，否则，若缓冲区满时，生产者进入临界区后阻塞在sem_wait(&room_sem)语句中，因为生产者未释放互斥锁mutex，导致消费者无法进入临界区，也无法对room_sem执行sem_post操作，生产者线程和消费者线程进入循环等待的境地，从而产生死锁。

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