进程同步：实验报告
1．实验内容(进程的同步)(1) 阅读理解⽰例程序。
(2) 说明⽰例程序是否能适合解决 N 个⽣产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证(3) 参照教材修改为 N 个⽣产者和 1 个消费者问题(4) 思考 N 个⽣产者和 M 个消费者问题的解决⽅案(不要求)(5) 利⽤信号量解决同步问题。2．实验⽬的
通过程序模拟及验证⽣产者消费者问题等经典问题，深⼊理解并发中的同步和互斥的概念3．实验原理(1)进程概念：
(1.定义：程序的⼀次执⾏过程
( 2.三种基本状态 :就绪状态，执⾏状态，阻塞状态(2)进程同步：
(1.定义：并发进程在执⾏次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执⾏有可再现性。
( 2.两种形式的制约关系： (⼀：资源共享关系：进程间接制约，需互斥地访问临界资源。)、(⼆：相互合作关系：进程直接制约)
(3.临界资源：⼀次仅允许⼀个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。(3)信号量：定义⼀个⽤于表⽰资源数⽬的整型量S，它与⼀般的整型量不同，除初始化
外，仅能通过两个标准的原⼦操作 wait(S)和 signal(S)来访问，俗称 P,V操作。通俗来讲就是⽤P 来访问资源后减去⼀个单位资源，⽤ V 操作来释放⼀个单位资源就是现有资源上加⼀个单位资源。
4．实验内容⼀：说明⽰例程序是否能适合解决 N 个⽣产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证答：⽰例程序不能解决多个⽣产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和⽣产者的。如果可以就要修改代码，如“⼆”所说。⼆：多个消费者和⽣产者的问题
⽣产者 1 如上图所⽰ ：如果要解决多个⽣产者和消费者的问题：第⼀步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系 第⼆步：异步关系的是⽣产者和⽣产者之间的， 因为同⼀时刻只能有⼀个⽣产者 访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源 .获得临界资源的⽣产者才能把产品 放到缓冲区⾥
第三步：同步关系有两个， ⾸先是⽣产者和缓冲区之间， 再是缓冲区和消费者之 间。他们都满⾜⼀前⼀后的关系， 即当缓冲区空间未满时， ⽣产者才可以放产品； 缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。第四步：设计变量，⽤ C 语⾔编程，在 linux 上运⾏，观察结果。代码如下：#include#include#include#include
#include #include int n=10;int buffer[10];// 缓冲区空间⼤⼩
int in=0,out=0; sem_t mutex,empty,full;// 设置临界资源，定义两个同步关系的信号量 void*producer(void *arg){ // ⽣产者sem_wait(&mutex); // 访问临界资源int tag= pthread_self()%100;int nextPro;
srand(time(NULL)+tag);⽣产者 6缓冲区 消费者⽣产者 2⽣产者 3
⽣产者 4 ⽣产者 5相关头⽂件while(1){
nextPro = rand()%97;
sem_wait(∅); // ⽣产⼀个产品，并放⼊缓冲区，缓冲区空间⼤⼩-1 buffer[in] = nextPro;in = (in+1)%n;
sem_post(&full);// ⽣产⼀个产品，并放⼊缓冲区，产品数量 +1printf(\"production:%d\\n\
sem_post(&mutex);// 释放临界资源，给其它线程⽤ usleep(1000*1000/2);}}
void* consumer(void *arg) // 消费者int item;while(1){
sem_wait(&full);// 消费⼀个产品，缓冲区产品数量 -1 item = buffer[out];sem_post(∅); // 消费⼀个产品，缓冲区⼤⼩ +1printf(\"consume:%d\\n\
out = (out+1)%n; usleep(1000*1000/2);}}
int main(int argc, char const *argv[]){
pthread_t tid[6]; sem_init( &mutex, 0,1); sem_init( ∅, 0,10);
sem_init( &full, 0,0);
for(int i=0;i<6;i++){ pthread_create(&tid[i], NULL, producer, NULL);} // 执⾏⽣产者线程 //定义 7 个线程//对临界资源和信号量赋初值//
pthread_create(&tid[6], NULL, consumer, NULL);for(int i = 0; i < 6 ; i++)pthread_join(tid[i], NULL);return 0;}
三：开启 3个线程，这 3个线程分别输出 A 、B 、C 各 10遍，要求输出结果必须按 ABC 的 顺序显⽰；如：ABCAB
第⼀步：分析
源程序输出结果依次是⼗个 A ，⼗个 B ，⼗个 C ，⽽我们要求的是输出 A 、B 、C ，A 按顺 序输出，因此可以看出有同步关系， 即⼀前⼀后的⾏为， 存在多种同步机制，就可以引⼊前 趋图的原理来解决，使源程序输出变成要求所⽰前驱的概念： 1.要为每⼀对前驱关系各设置⼀个同步变量； 2.在“前操作”之后对相应
的同步变量执⾏ V 操作； 3 在“后操作”之前对应的同步变量执⾏ P 操作第三步：根据上图以及分析，写出修改代码，使代码输出如要求所⽰#include#include#include#include#include//执⾏消费者线程#include
sem_t a,b,c; //设置整型信号量void* p1(void *arg){// 线程输出 A for(inti=0;i<10;i++){ sem_wait(&c);//p - printf(\"A\\n\"); sem_post(&a);//v+ //usleep(1);}}
void* p2(void *arg){// 线程输出 B
for(int
i=0;i<10;i++){ sem_wait(&a);printf(\"B\\n\"); sem_post(&b);//usleep(1);}}
void* p3(void *arg){// 线程输出 C for(int i=0;i<10;i++){ sem_wait(&b);//p printf(\"C\\n\"); sem_post(&c);//v //usleep(1);}}int main()
