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个人专栏:《Linux操作系统》 《C/C++》 《LeedCode刷题》
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一、问题描述
(1)图书馆阅览室最多能够容纳N(N=5)名学生,若有更多学生想进入阅览室,必须等到阅览室中有同学退出之后才能进入。
(2)阅览室有一名管理员。早到的同学必须等管理员开门之后才能进入,管理员必须等到所有同学都退出之后才能关门。
二、问题分析
(1)将在“阅览室读书”看做一个临界区,该临界区最多只允许N名学生进入。把每个“学生”建模为一个线程,这是一个互斥问题。于是可以设计一个初值为N的信号量,实现互斥。
(2)管理员需要与第一个学生同步,即第一个学生等待管理员开门;管理员也需要与最后一名学生同步,即管理员等待最后一名学生退出之后,才能关闭图书馆。因此可以实现一个学生计数,实现条件同步。
三、命名规则
(1)用Student和Manager分别表示学生和管理员线程名。
(2)Student包括三个操作:Checkin( )(刷入)、Reading( )(阅读)、checkout( )(刷出)
(3)Manager包括三个操作:OpenDoor( )(开门)、CloseDoor( )(关门)、manage( )
四、具体实现
1. test.c文件
test.c文件是一个模拟学生进出教室的多线程程序。它使用了信号量(semaphore)来实现同步和互斥。
ns
表示当前正在教室的学生数量。mutex
用于保护对ns
的访问。room
用于限制教室的最大容量。wfm
和wfs
分别表示等待进入教室和等待离开教室的信号量。fetch
表示等待学生进入教室的信号量。flag
表示是否已经有学生进入教室。
在 student
函数中,首先打印出学生进入教室的信息。然后,通过调用 P(&fetch)
来请求获取 fetch
信号量,表示有学生准备进入教室。接着,通过调用 P(&mutex)
来请求获取 mutex
信号量,以保护对 ns
的访问。然后,根据当前的学生数量和是否有学生已经进入教室,执行相应的操作。最后,释放 mutex
信号量,并通过调用 sleep(1)
让当前线程暂停一段时间,模拟学生进入教室的过程。然后,打印出学生离开教室的信息,并释放其他信号量和变量。
在 manager
函数中,首先打印出管理打开教室的信息。然后,通过调用 V(&wfm)
来释放 wfm
信号量,表示有学生可以进入教室。接着,打印出管理等待所有学生离开教室的信息。然后,通过调用 P(&wfs)
来请求获取 wfs
信号量,表示所有学生都已经离开教室。最后,打印出管理关闭教室的信息。
在 main
函数中,首先初始化了所有的信号量。然后,创建了多个学生线程,每个线程对应一个学生编号。接着,创建了一个管理线程。最后,使用 pthread_exit(NULL)
退出主线程。
#include<semaphore.h>
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include"ch4-PV.h"
#define N 5
unsigned int ns = 0;
sem_t mutex;
sem_t room;
sem_t wfm;
sem_t wfs;
sem_t fetch;
int flag = 0;
void *student(void* i)
{
int id = (int)i;
printf("Student %i is entring...n",id);
P(&fetch);
ns++;
P(&mutex);
if(ns == 1 && flag ==0)
{
P(&wfm);
P(&room);
flag = 1;
printf("The 1st student %i has been entered.n",id);
}
else
{
P(&room);
printf("The student %i has been enteredn",id);
}
V(&mutex);
sleep(1);
printf("The student %i is going to leave...n",id);
P(&mutex);
ns--;
if(ns == 0)
{
V(&wfs);
printf("The last student left.n");
}
else
printf("The student %i has left.n",id);
V(&room);
V(&mutex);
V(&fetch);
}
void *manager(void *arg)
{
printf("The manager opens the door.n");
V(&wfm);
printf("The manager is waiting for all student leaves.n");
P(&wfs);
printf("The manager closes the door.n");
}
int main()
{
sem_init(&wfm,0,0);
sem_init(&fetch,0,5);
sem_init(&wfs,0,0);
sem_init(&mutex,0,1);
sem_init(&room,0,5);
pthread_t tid;
for(int i = 1; i <= N; i++)
pthread_create(&tid,NULL,student,(void *)i);
pthread_create(&tid,NULL,manager,(void *)NULL);
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
2. ch4-PV.c文件
这段代码是一个简单的信号量实现,用于实现生产者消费者问题。其中包含了两个函数:P() 和 V()。
- P(sem_t *s) 函数用于等待信号量。如果信号量的值大于0,则将信号量的值减1并返回;否则,该函数会阻塞,直到信号量的值变为大于0。
- V(sem_t *s) 函数用于释放信号量。将信号量的值加1,并唤醒一个等待该信号量的线程。
#include<stdio.h>
#include<semaphore.h>
#include<stdlib.h>
#include"ch4-PV.h"
void P(sem_t *s)
{
if(sem_wait(s)<0)
printf("P error");
}
void V(sem_t *s)
{
if(sem_post(s)<0)
printf("V error");
}
3. ch4-PV.h文件
#include<semaphore.h>
#include<unistd.h>
void P(sem_t *s);
void V(sem_t *s);
4. makeflie文件
这是一个Makefile文件,用于编译和清理生成的可执行文件和目标文件。(之前的文章对此有过相应的讲解)
test:test.o ch4-PV.o
gcc -pthread test.o ch4-PV.o -o test
tets.o:test.c
gcc -c test.c
ch4-PV.o:ch4-PV.c
gcc -c ch4-PV.c
.PHONY:clean
clean:
rm -rf ch4-PV.o
rm -rf test
rm -rf test.o
五、实现结果
首先进行make操作:
运行文件:
进行make clean操作:
结语:Linux系统关于图书管理同步问题的分享到这里就结束了,希望本篇文章的分享会对大家的学习带来些许帮助,如果大家有什么问题,欢迎大家在评论区留言~~~
原文地址:https://blog.csdn.net/m0_71746526/article/details/134813932
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