r_wpi.cpp

文件包含采用VC写的源代码。它通过模拟了生产者和消费者问题来阐述并发进程。

#include<windows.h>
#include<fstream.h>
#include<stdio.h>
#include<string>
#include<conio.h>

//定义一些常量
//本程序允许的最大临界区数
#define MAX_BUFFER_NUM  10
//秒到微秒的乘法因子
#define  INTE_PER_SEC   1000
//本程序允许的生产和消费线程的总数
#define MAX_THREAD_NUM   64

//定义一个结构，记录在测试文件中指定的每一个线程的参数
struct ThreadInfo
{
	int serial;    //线程序列号
	char entity;   //是P还是C
	double delay;  //线程延迟
	int thread_request[MAX_THREAD_NUM];  //线程请求队列
	int n_request;   //请求个数
};

//全局变量的定义

//临界区对象的声明，用于管理缓冲区的互斥访问

CRITICAL_SECTION  PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM];
int Buffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM];  //缓冲存储区声明，用于存放产品
HANDLE  h_Thread[MAX_THREAD_NUM];   //用于存储每个线程句柄的数组
ThreadInfo Thread_Info[MAX_THREAD_NUM];//线程信息数组,这里和书上有点不同
HANDLE	empty_semaphore;      //一个信号量
HANDLE	h_mutex;           //一个互斥量
DWORD	n_Thread=0;		  //实际的线程的数目
DWORD	n_Buffer_or_Critical;    //实际的缓冲区或者临界区的数目
HANDLE	h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM];   //生产者允许消费者开始消费的信号量

//生产消费及辅助函数的声明
void	Produce(void *p);
void	Consume(void *p);
bool	IfInOtherRequest(int);
int		FindProducePosition();
int		FindBufferPosition(int);

int main(void)
{
	//声明所需变量
    DWORD wait_for_all;
	ifstream	inFile;

	//初始化缓冲区
	for(int i=0;i<MAX_BUFFER_NUM;i++)
		Buffer_Critical[i]=-1;
	//初始化每个线程的请求队列
	for(int j=0;j<MAX_THREAD_NUM;j++){
		for(int k=0;k<MAX_THREAD_NUM;k++)
			Thread_Info[j].thread_request[k]=-1;
		Thread_Info[i].n_request=0;
	}

	//初始化临界段对象
	for(i=0;i<MAX_BUFFER_NUM;i++)
		InitializeCriticalSection(&PC_Critical[i]);
	//打开输入文件，按照规定的格式提取线程等信息
	inFile.open("test.txt");
	//从文件中获得实际的缓冲区数目
	inFile>>n_Buffer_or_Critical;
	inFile.get();
	printf("输入文件是：\n");
	//回显获得的缓冲区的数目信息
	printf("%d\n",(int)n_Buffer_or_Critical);
	//提取每个线程的信息到相应的数据结构中
	while(inFile){
		inFile>>Thread_Info[n_Thread].serial;
		inFile>>Thread_Info[n_Thread].entity;
		inFile>>Thread_Info[n_Thread].delay;
		char c;
		inFile.get(c);
		while(c!='\n'&&!inFile.eof()){
			inFile>>Thread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_Thread].n_request++];
			inFile.get(c);
		}
		n_Thread++;
	}
	//回显获得的线程信息，便于确认正确性
	for(j=0;j<(int)n_Thread;j++){
		int Temp_serial=Thread_Info[j].serial;
		char Temp_entity=Thread_Info[j].entity;
		double Temp_delay=Thread_Info[j].delay;
		printf("\n thread%2d %c %f",Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);
		int Temp_request=Thread_Info[j].n_request;
		for(int k=0;k<Temp_request;k++)
			printf(" %d    ",Thread_Info[j].thread_request[k]);
		cout<<endl;
	}
	printf("\n\n");

	//创建在模拟过程中几个必要的信号量
	empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,"semphore_for_empty");
	h_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_update");

	//下面这个循环用线程的ID号来为相应的生产线程的产品读写时使用的同步信号量命名
	for(j=0;j<(int)n_Thread;j++){
		std::string  lp="semaphore_for_produce_";
		int temp=j;
		while(temp){
			char c=(char)(temp%10);
			lp+=c;
			temp/=10;
		}
		h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str());
	}

	//创建生产者和消费者线程
	for(i=0;i<(int)n_Thread;i++){
		if(Thread_Info[i].entity=='P')
			h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),&(Thread_Info[i]),0,NULL);
		else 
			h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),&(Thread_Info[i]),0,NULL);
	}
    
   //主程序等待各个线程的动作结束
	wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);
	printf(" \n \nALL Producer and consume have finished their work.\n");
	_getch();
	return 0;
 
}



//确认是否还有对同一产品的消费请求未执行
bool IfInOtherRequest(int req)
{
	for(int i=0;i<n_Thread;i++)
		for(int j=0;j<Thread_Info[i].n_request;j++){
			if(Thread_Info[i].thread_request[j]==req)
				return TRUE;
		}
	return FALSE;
}

//找出当前可以进行产品生产的空缓冲区位置
int FindProducePosition()
{
	int EmptyPosition;
	for(int i=0;i<n_Buffer_or_Critical;i++)
		if(Buffer_Critical[i]==-1){
			EmptyPosition=i;
			//用下面这个特殊值表示本缓冲区正处于被写状态
			Buffer_Critical[i]=-2;
			break;
		}
		return EmptyPosition;
}

//找出当前所需生产者生产的产品的位置
int FindBufferPosition(int ProPos)
{
	int TempPos;
	for(int i=0;i<n_Buffer_or_Critical;i++)
		if(Buffer_Critical[i]==ProPos){
			TempPos=i;
			break;
		}
		return TempPos;
}


//生产者进程
void Produce(void *p)
{
	//局部变量声明
	DWORD   wait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;
	int		m_serial;
	//获得本线程的信息
	m_serial=((ThreadInfo*)(p))->serial;
	m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC);
	Sleep(m_delay);
	//开始请求生产
	printf("Produce %2d sends the produce require.\n",m_serial);
	//确认有空缓冲区可供生产，同时将空位置数empty减1；用于生产者和消费者的同步
	wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(empty_semaphore,-1);
	//互斥访问下一个可用于生产的空临界区，实现写写互斥
	wait_for_mutex=WaitForSingleObject(h_mutex,-1);
	int ProducePos=FindProducePosition();
	ReleaseMutex(h_mutex);
	//生产者在获得自己的空位置并做上标记后，以下的写操作在生产者之间可以并发
	//在核心生产步骤中，程序将生产者的ID作为产品编号放入，方便消费者识别
	printf("Produce %2d begin to produce at position %2d.\n",m_serial,ProducePos);
	Buffer_Critical[ProducePos]=m_serial;
	printf("Producer %2d finish producing:\n",m_serial);
	printf("position[%2d]:%3d\n",ProducePos,Buffer_Critical[ProducePos]);
	//使生产者写的缓冲区可以被多个消费者使用，实现读写同步
	ReleaseSemaphore(h_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL);
}

void Consume(void *p)
{
	//局部变量声明
	DWORD wait_for_semaphore,m_delay;
	int m_serial,m_requestNum;
	int m_thread_request[MAX_THREAD_NUM];
	
	//提取本线程的信息到本地
	m_serial=((ThreadInfo*)(p))->serial;
	m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay*INTE_PER_SEC);
	m_requestNum=((ThreadInfo*)(p))->n_request;
	for(int i=0;i<m_requestNum;i++)
		m_thread_request[i]=((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i];
	Sleep(m_delay);
	
	//循环进行所需产品的消费
	for(i=0;i<m_requestNum;i++){

		//请求消费下一个产品
		printf("Consumer %2d request to consume %2d product\n",m_serial,m_thread_request[i]);
		//如果对应生产者没有生产，则等待
		//如果生产了，允许的消费者数目为－1，实现了读写同步
		wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_Semaphore[m_thread_request[i]],-1);
		

		//查询所需产品放到缓冲区的号
		int BufferPos=FindBufferPosition(m_thread_request[i]);
		

		//开始进行具体缓冲区的消费处理，读和读在改缓冲区仍然是互斥的
		//进入临界区后执行消费动作，并在完成此次请求后，通知另外的消费者本处请求已满足
		//同时如果对应的产品使用完毕，就做相应的处理；并给出相应动作的界面提示
		//该相应处理指将相应缓冲区清空，并增加代表空缓冲区的信号量
		EnterCriticalSection(&PC_Critical[BufferPos]);
		printf("Consume %2d begin to consume %2d product \n",m_serial,m_thread_request[i]);
		((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i]=-1;
		if(!IfInOtherRequest(m_thread_request[i])){
			Buffer_Critical[BufferPos]=-1;//标记缓冲区为空
			printf("Consume%2d finish consuming %2d:\n",m_serial,m_thread_request[i]);
			printf("    position[%2d]:%3d\n",BufferPos,Buffer_Critical[BufferPos]);
			ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL);
		}
		else{
			printf("Consume %2d finish consuming product %2d\n",m_serial,m_thread_request[i]);
		}
		//离开临界区
		LeaveCriticalSection(&PC_Critical[BufferPos]);
	}
}