生产者消费者问题是多线程编程中的一个经典问题,主要涉及线程同步和互斥。在这个问题中,多个生产者线程负责生成产品并放入缓冲区,而多个消费者线程则从缓冲区取出产品进行消费。为了确保生产与消费的有序进行,需要防止多个生产者同时填满缓冲区或多个消费者同时清空缓冲区,这就需要用到操作系统提供的同步机制。
在给出的C语言源代码中,主要使用了Windows API来实现生产者消费者问题。以下是关键知识点的详细说明:
1. **信号量(Semaphore)**:`empty_semaphore` 是一个信号量,用于表示缓冲区中空位的数量。当生产者想要生产产品时,它会检查这个信号量,如果信号量大于0,说明有空闲的缓冲区可以使用,生产者就会进行生产并减少信号量。反之,如果没有空位,生产者将被阻塞,直到有其他消费者消费产品,使得信号量增加。
2. **互斥量(Mutex)**:`h_mutex` 用于保护临界区,确保同一时间只有一个线程能够访问缓冲区。在生产或消费过程中,线程需要先获取互斥量的控制权,才能对缓冲区进行操作。
3. **临界区(Critical Section)**:`PC_Critical` 数组是临界区对象,对应缓冲区,用于防止多个线程并发访问缓冲区。在进入临界区前,线程需要通过调用 `EnterCriticalSection` 来获取控制权,在离开临界区后,使用 `LeaveCriticalSection` 释放控制权。
4. **线程信息结构体(ThreadInfo)**:包含了线程的序列号、类型(生产者P或消费者C)、延迟时间和线程请求队列。这有助于跟踪和控制各个线程的行为。
5. **线程创建与调度**:通过 `CreateThread` 函数创建线程,线程的入口函数为 `Produce` 或 `Consume`。线程的运行顺序由操作系统调度,但可以通过设置延迟 (`Thread_Info[j].delay`) 来模拟不同线程的执行速度。
6. **文件输入**:程序从名为 "test.txt" 的文件中读取线程配置信息,包括线程数量、线程类型、延迟以及线程请求队列。这使得程序可以根据不同的测试场景进行动态配置。
7. **线程同步**:在生产者和消费者线程中,使用 `WaitForSingleObject` 和 `ReleaseSemaphore` 进行同步。生产者在生产产品前会等待 `empty_semaphore`,消费者在消费产品前会等待 `h_mutex`。在完成操作后,相应地释放资源。
8. **初始化**:在 `main` 函数中,对所有必要的对象进行初始化,如缓冲区、线程句柄、线程信息数组和临界区对象。此外,通过读取文件来确定实际的线程和缓冲区数量。
9. **辅助函数**:`Produce` 和 `Consume` 分别是生产者和消费者的主体逻辑,它们会根据当前的缓冲区状态和线程请求进行操作。`IfInOtherRequest` 检查当前线程的请求是否与其它线程冲突,`FindProducePositon` 和 `FindBufferPosition` 用于找到合适的缓冲区位置进行生产或消费。
通过以上机制,这段代码实现了生产者消费者问题的多线程解决方案,展示了如何在实际编程中利用操作系统提供的同步原语解决并发控制问题。