1、word實驗 五 線程間的互斥與同步實驗學時：2學時實驗類型：驗證、設計型一、實驗目的 理解POSIX線程Pthread互斥鎖和POSIX信號量機制，學習它們的使用方法；編寫程序，實現多個POSIX線程的同步控制。二，實驗內容 創立4個POSIX線程。其中2個線程(A和B)分別從2個數據文件(data1.txt和data2.txt)讀取10個整數. 線程A和B把從文件中讀取的逐一整數放入一個緩沖池. 緩沖池由n個緩沖區構成n=5，并可以方便地調整為其他值，每個緩沖區可以存放一個整數。另外2個線程，C和D，各從緩沖池讀取10數據。線程C、D每讀出2個數據，分別求出它們的和或乘積，并打印輸出。提示

2、：在創立4個線程當中，A和B是生產者，負責從文件讀取數據到公共的緩沖區，C和D是消費者，從緩沖區讀取數據然后作不同的計算加和乘運算。使用互斥鎖和信號量控制這些線程的同步。不限制線程C和D從緩沖區得到的數據來自哪個文件。在開始設計和實現之前，務必認真閱讀課本6.8.4節和第6章后面的編程工程生產者-消費者問題。 三，實驗要求按照要求編寫程序，放在相應的目錄中，編譯成功后執行，并按照要求分析執行結果，并寫出實驗報告。四，實驗設計1，功能設計根據實驗要求，主程序需要創立四個線程，兩個線程負責從文件讀取數據到緩沖區，兩個線程負責將緩沖區的數據做數學運算。由于同一個進程中的各個線程共享資源，可以用一個二

3、維數組的全局變量作為公共緩沖區，同時還需要一個整形全局變量size用來做數組的索引。讀線程的運行函數翻開不同的文件并從中讀取數據到二維數組中，每次寫入數組后size加一。運算線程從二維數組中讀數并做運算，每次讀數之前size減一。此題的關鍵在于如何使用信號量保證進程的同步與互斥。在運算線程從緩沖區讀取之前緩沖區里必須有數，即任意時刻運算操作的執行次數必須小于等于讀取操作的執行次數。同時應該保證兩個讀線程和兩個運算線程兩兩互斥。由于以上分析，使用了四個信號量sem1，sem2，sem3和sem4。sem1保證線程1和線程2互斥，sem2保證線程3和線程4互斥，sem3保證線程3和線程4互斥，se

4、m4保證線程4和線程1互斥。即這四個信號量使四個線程循環進行，從而保證了運行結果的正確性。源代碼及注釋：#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define NUM 200int stackNUM2;/公共緩沖區int size=0;/初始化數組索引sem_t sem1,sem2,sem3,sem4;/定義四個信號量void read1(void)/線程運行函數，負責從文件讀取數據FILE *fp=fopen("data0.txt","r"

5、;);/以只讀方式翻開文件data1while(!feof(fp)sem_wait(&sem1);/減少信號量sem1if(!fscanf(fp,"%d %d",&stacksize0,&stacksize1)return;size+;/讀兩個數到公共緩沖區sem_post(&sem2);/增加信號量sem2fclose(fp);/關閉文件void read2(void)/線程運行函數，負責從文件讀取數據FILE *fp=fopen("data1.txt","r");/以只讀方式翻開文件data2whi

6、le(!feof(fp)sem_wait(&sem2);/減少信號量sem2if(!fscanf(fp,"%d %d",&stacksize0,&stacksize1)return;size+;/讀兩個數到公共緩沖區sem_post(&sem3);/增加信號量sem3fclose(fp);void plus1(void)/線程運行函數，負責加運算while(1)sem_wait(&sem3);/減少信號量sem3if(size=0)return;size-;printf("Plus:%d+%d=%dn",stack

7、size0,stacksize1,stacksize0+stacksize1);/從公共緩沖區取數并進行加運算sem_post(&sem4);/增加信號量sem3void multi2(void)/線程運行函數，負責乘運算while(1)sem_wait(&sem4);/減少信號量sem4if(size=0)return;size-;printf("Multiply:%d*%d=%dn",stacksize0,stacksize1,stacksize0*stacksize1);/從公共緩沖區取數并進行乘運算sem_post(&sem1);/增加信號量

8、sem3int main(void)pthread_t t1,t2,t3,t4;/定義線程標識符sem_init(&sem1,0,1);/初始化信號量sem_init(&sem2,0,0);sem_init(&sem3,0,0);sem_init(&sem4,0,0);pthread_create(&t1,NULL,(void *)read1,NULL);/創立線程，綁定線程運行函數pthread_create(&t2,NULL,(void *)read2,NULL);pthread_create(&t3,NULL,(void *)plu

9、s1,NULL);pthread_create(&t4,NULL,(void *)multi2,NULL);pthread_join(t1,NULL);/等待線程運行結束2，數據結構信號量(semaphore):數據類型為結構 sem_t，本質上是一個長整型的數。公共緩沖區(stack):采用2維數組的方式實現(stackNUM2)。數組中的兩列分別存儲兩個文件中的數據。該2維數組還有一個索引：size，指向2維數組的頂部。五，實驗測試結果及分析實驗截圖：如下圖，加線程和乘線程從緩沖區讀取數據，進行運算，并將運算結果輸出。六，收獲及體會在本次實驗中，我學習了UNIX 類操作系統信號量機制，掌握了編寫Linux 環境下利用信號量實現進程控制的方法及相關系統調用的使用方法。在編譯的時候也遇到了一些問題，在讀取時data0