信号量--------多线程下的生产者消费者模型

1. 生产者消费者模型

　　从现实生活中的角度出发，对于这个模型，我们可以总结为3 2 1原则，即：

三种关系：

生产者与生产者：互斥关系，我生产的时候你不能生产

消费者与消费者：互斥关系，我消费的时候你不能消费

生产者与消费者：同步关系，我生产了你才能消费，我消费完了你才能生产

两个角色

生产者

消费者

一个中间媒介

生产出来的产品

2. 使用规范

　　在这里是基于多线程的生产者消费者模型，势必会出现多个线程同时生产，多个线程同时消费，生产者没有生产完，消费者就去消费等的情况，此时为了解决这些问题，我们引入互斥量、条件变量、信号量等概念；并且在使用时遵循以下的规则：
　
　　这里写图片描述

3. 信号量

　　关于互斥锁和条件变量在这里不详细介绍，今天主要用到信号量，前面进程间通信时也用到过进程间通信—信号量，进程间的信是以集合的形式出现，而这里我们实现线程间的互斥所用的信号量是以个数的形式出现，而且实现要比进程间通信的信号量简单的多。

4. 函数接口

sem_init———-初始化信号量

     #include <semaphore.h>
     int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

    //参数：
    //1.sem：表示你要初始化的信号量
    //2.pshared：0表示线程间共享，非0表示进程间共享
    //3.value：信号量的初始值

sem_destory———销毁信号量

    #include <semaphore.h>
    int sem_destroy(sem_t *sem);
    //参数：创建的信号量

sem_wait———–等待信号量（p操作）

    #include <semaphore.h>
    int sem_post(sem_t *sem);
    //p操作，将信号量值减一，相当于减资源

sem_post———-发布信号量（V操作）

    #include <semaphore.h>
    int sem_wait(sem_t *sem);
    //v操作，表示使用完资源了，可以将其归还

5. 基于环形队列的生产者消费者模型

　　5.1 思路：

队列一般是用链表来实现，但是链表存储不是连续的，在这里使用数组实现环形队列，长度为n

对于生产者，实际操作的是数组中空位置的个数，范围是：n—->0

对于消费者，实际操作的是数组中数据的个数，范围是：0—–>n

当生产者和消费者指向同一个位置，就可能出现死锁的问题，故此我们遵循3个原则

生产者要先与消费者

当环形队列为空，必须保证生产者先运行(为空或则满由计数器决定)

当环形队列为满时，必须保证消费者先运行

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>

#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define N 64

int buff[N];//环形队列

sem_t blanks;//生产者
sem_t datas;//消费者

pthread_mutex_t mutex;//实现互斥



void* procduct(void* arg)
{

    int i = 0;
    while(1){
        printf("Procduct start pocduct\n");

        sem_wait(&blanks);//拿走一个资源
        pthread_mutex_lock(&mutex);//一次只允许一个生产者

        int data = rand()%2048;
        buff[i] = data;
        printf("pocuduct data is: %d\n",data);
        ++i;
        i = i%N;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);//生产完毕，解锁，让其他生产者进行生产
        sem_post(&datas);//生产完毕，数据个数加1
        sleep(1);
    }

}


void* consumer(void* arg)
{

    int i = 0;
    while(1){
        printf("consumer start consum\n");

        sem_wait(&datas);
        pthread_mutex_lock(&mutex);//保证一个消费者进行消费

        int data = buff[i];
        printf("consumer data is: %d\n",data);
        ++i;
        i = i%N;

        sem_post(&blanks);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

        //sleep(1);
    }
}
int main()
{
    srand(time(0));
    //初始化信号量
    sem_init(&blanks, 0, N);//生产者的信号量，n--> 0
    sem_init(&datas, 0, 0);//消费者的信号量，0---> n


    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);//互斥锁的出初始化
    //创建两个生产者，两个消费者

    pthread_t pid1,pid2;//生产者
    pthread_t cid1,cid2;//消费者


    pthread_create(&pid1, NULL, procduct, NULL);
    pthread_create(&pid2, NULL, procduct, NULL);


    pthread_create(&cid1, NULL, consumer, NULL);
    pthread_create(&cid1, NULL, consumer, NULL);



    sem_destroy(&blanks);
    sem_destroy(&datas);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    pthread_join(pid1,NULL);
    pthread_join(pid2,NULL);



    pthread_join(cid1,NULL);
    pthread_join(cid2,NULL);


    return 0;
}

结果：

这里写图片描述