C语言pthread使用互斥锁及条件变量的跨进程多生产多消费模型

2024-03-14 13:52
文章标签 语言 互斥 条件 使用 模型 进程 变量 生产 消费 pthread 锁及

本文主要是介绍C语言pthread使用互斥锁及条件变量的跨进程多生产多消费模型，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！

创作灵感:

格局要打开,进程也要打开,看看进程外的世界

代码描述:

1 此代码基于一个:

使用互斥锁及条件变量的线程间生产消费模型

该模型使用粗粒度锁 将整个生产或消费过程锁住

直到生产满 或 消费空 才使用条件变量通知对方

在唤醒后执行检查 只有仓库全满 或 仓库全空 才就继续执行生产消费逻辑 

否则依然是通知对方并等待

该模型同时还提供了一个监控线程 用于观察仓库情况

 2 变形记

将此线程间模型 分为两个进程(两个main函数)

使用posix风格的共享内存存放共享资源

使用pthread的互斥锁和条件变量对共享资源进行保护

为每个进程配置一个监视线程

并未实现2号生产者和消费者的逻辑

使用注意事项:

1 编译后在两个独立终端运行

2 不能使用大型IDE集成运行

3 unix-like系统 或 支持gnu_c的系统

4 对生产者按ctrl+c,生产消费都会清理资源并结束,输出all done

#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/mman.h>// 速度基数,0.1秒
int tenth_s = 100000;
// 生产者1的速度
int producer2_speed = 5;
// 生产者2的速度
int producer1_speed = 5;
// 监视刷新速度
int monitor_speed = 5;
// 定义线程执行函数指针类型
typedef void *(*func)(void *);
// 互斥锁属性类型 只被初始化1次
pthread_mutexattr_t mutexattr;
// 条件变量属性类型 只被初始化1次
pthread_condattr_t condattr;
// 能装3个线程的数组
pthread_t tids[3] = {0};
// 用于共享内存中的数据,放到一个结构体里
struct shm_data
{pthread_cond_t cv_prod;pthread_cond_t cv_cons;pthread_mutex_t mutexlock;int warehouse[10];pid_t pid;
};
// 初始化共享内存后,返回的指针,转换成struct shm_data *类型
// 复制一份到全局变量,供整个进程使用
struct shm_data *global_addr;
// 这是生产者2的执行线程
void *producer2(void *p)
{// 现在不需要他,让他睡觉printf("producer2\n");sleep(999);pthread_exit(NULL);
}
// 这是收到信号后生产者1的清理函数
void clean_up(void *p)
{// 释放锁pthread_mutex_unlock(&global_addr->mutexlock);
}
// 这是生产者1的执行线程
void *producer1(void *p)
{printf("producer1\n");// 无限循环 套在最外面while (1){// 压入清理函数 防止意外终止pthread_cleanup_push(clean_up, NULL);// 上锁,注意是共享内存中的锁pthread_mutex_lock(&global_addr->mutexlock);// 用于记录仓库中产品的数量int count_p = 0;for (size_t i = 0; i < 10; i++){// 如果在某个位置上没货if (global_addr->warehouse[i] == 0){// 生产消耗时间usleep(producer1_speed * tenth_s);// 生产完毕global_addr->warehouse[i] += 1;}// 在某个位置有货记录+1if (global_addr->warehouse[i] == 1){count_p += 1;}}// 如果10次循环 每个位置都有货,表示仓库已满if (count_p == 10){// do...while用于检查唤醒后仓库的状态// 如果没有任何产品则继续生产,如果存在产品未消耗则通知消费者并等待do{// 告诉消费者可以消费了pthread_cond_signal(&global_addr->cv_cons);printf("producer %d wait\n", gettid());// 放锁,睡眠pthread_cond_wait(&global_addr->cv_prod, &global_addr->mutexlock);// 被唤醒后检查仓库状态count_p = 0;for (size_t i = 0; i < 10; i++){if (global_addr->warehouse[i] == 0){count_p += 1;}}} while (count_p != 10);// 真正醒来printf("producer %d wake up\n", gettid());}// 放锁,新一轮生产pthread_mutex_unlock(&global_addr->mutexlock);pthread_cleanup_pop(1);}pthread_exit(NULL);
}
// 这是一个人类可读的监视进程
void *show_warehouse(void *p)
{while (1){for (size_t i = 0; i < 10; i++){printf("[%d] ", global_addr->warehouse[i]);}printf("\n");// 刷新速度usleep(monitor_speed * tenth_s);}
}
// ctrl+c 信号处理函数
void sig_handler(int signum)
{// 打印信号描述printf("%s\n", strsignal(signum));
}
// 此函数用于初始化共享内存
void shm_init()
{// 打开共享内存文件描述符int fd = shm_open("/shm1", O_CREAT | O_RDWR, 0700);if (fd == -1){perror("shm_open");}// 扩容if (ftruncate(fd, 1024) == -1){perror("ftruncate");}// 附加到进程,并转换成struct shm_data *类型struct shm_data *addr = (struct shm_data *)mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (addr == MAP_FAILED){perror("mmap");}else{// 赋值全局变量,全局可用global_addr = addr;}
}
void ips_init()
{// 初始化mutexattrpthread_mutexattr_init(&mutexattr);// 设共享pthread_mutexattr_setpshared(&mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);// 初始化mutexpthread_mutex_init(&global_addr->mutexlock, &mutexattr);// 初始化condattrpthread_condattr_init(&condattr);// 设共享pthread_condattr_setpshared(&condattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);// 初始化condpthread_cond_init(&global_addr->cv_cons, &condattr);pthread_cond_init(&global_addr->cv_prod, &condattr);// 初始化仓库memset(global_addr->warehouse, 0, sizeof(global_addr->warehouse));// 创建线程两个生产者,一个监视func fun_c[3] = {producer1, producer2, show_warehouse};int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){pthread_create(&tids[i], NULL, fun_c[i], NULL);}
}
int main()
{// 注册信号处理函数 sig_handlersignal(SIGINT, sig_handler);// 初始化共享内存,赋值给一个struct shm_data 类型的全局指针变量shm_init();// 一些把线程共享改成进程共享的准备工作ips_init();// 暂停主线程pause();// 关闭消费者进程kill(global_addr->pid, SIGINT);// 关闭生产线程int i;for (i = 0; i < 3; i++){pthread_cancel(tids[i]);pthread_join(tids[i], NULL);}// 销毁条件变量属性pthread_condattr_destroy(&condattr);// 销毁互斥锁属性pthread_mutexattr_destroy(&mutexattr);// 销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&global_addr->mutexlock);// 销毁条件变量pthread_cond_destroy(&global_addr->cv_prod);pthread_cond_destroy(&global_addr->cv_cons);// 与共享内存分离munmap(global_addr, 1024);// 删除共享内存shm_unlink("/shm1");// 全剧终printf("all done\n");return 0;
}

#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/mman.h>
// 调速
int tenth_s = 100000;
int consumer_speed = 5;
int producer_speed = 5;
int monitor_speed = 5;pthread_t tids[3] = {0};
typedef void *(*func)(void *);
struct shm_data
{pthread_cond_t cv_prod;pthread_cond_t cv_cons;pthread_mutex_t mutexlock;int warehouse[10];pid_t pid;
};
struct shm_data *global_addr;
// 清理函数
void clean_up(void *p)
{pthread_mutex_unlock(&global_addr->mutexlock);
}
// consumer1线程执行函数
void *consumer1(void *p)
{printf("consumer1\n");while (1){pthread_cleanup_push(clean_up, NULL);pthread_mutex_lock(&global_addr->mutexlock);int count_c = 0;for (size_t i = 0; i < 10; i++){if (global_addr->warehouse[i] == 1){usleep(consumer_speed * tenth_s);global_addr->warehouse[i] -= 1;}if (global_addr->warehouse[i] == 0){count_c += 1;}}if (count_c == 10){do{pthread_cond_signal(&global_addr->cv_prod);printf("consumer %d wait\n", gettid());pthread_cond_wait(&global_addr->cv_cons, &global_addr->mutexlock);// 被唤醒后检查仓库状态count_c = 0;for (size_t i = 0; i < 10; i++){if (global_addr->warehouse[i] == 1){count_c += 1;}}// 如果仓库中所有位置都有商品,则通过检查,继续消费} while (count_c != 10);printf("consumer %d wake up\n", gettid());}pthread_mutex_unlock(&global_addr->mutexlock);pthread_cleanup_pop(1);}pthread_exit(NULL);
}
// consumer1线程执行函数
void *consumer2(void *p)
{printf("consumer2\n");sleep(999);pthread_exit(NULL);
}
// 这是一个人类可读的监视进程
void *show_warehouse(void *p)
{while (1){for (size_t i = 0; i < 10; i++){printf("[%d] ", global_addr->warehouse[i]);}printf("\n");usleep(monitor_speed * tenth_s);}pthread_exit(NULL);
}
// 共享内存初始化函数
void shm_init()
{int fd = shm_open("/shm1", O_CREAT | O_RDWR, 0700);if (fd == -1){perror("shm_open");}struct shm_data *addr = (struct shm_data *)mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (addr == MAP_FAILED){perror("mmap");}else{// 注意这里赋值了共享资源pid,用于在生产进程按ctrl+c时 同时关闭清理消费进程addr->pid = getpid();global_addr = addr;}
}
void pthread_create_init()
{func fun_c[3] = {consumer1, consumer2, show_warehouse};int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){pthread_create(&tids[i], NULL, fun_c[i], NULL);}
}
// 信号处理函数
void sig_handler(int signum)
{printf("%s\n", strsignal(signum));
}
int main()
{// 注册信号处理函数signal(SIGINT, sig_handler);// 初始化共享内存shm_init();// 创建进程pthread_create_init();// 主线程暂停pause();// 收到信号后运行下面代码int i;for (i = 0; i < 3; i++){pthread_cancel(tids[i]);pthread_join(tids[i], NULL);}// 与共享内存分离munmap(global_addr, 1024);printf("all done\n");return 0;
}

这篇关于C语言pthread使用互斥锁及条件变量的跨进程多生产多消费模型的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/808623。

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