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互斥与同步

article 2025/1/15 16:45:19

1：思维导图

2：有一个隧道，长1000m，有一辆高铁，每秒100米，有一辆快车，每秒50m 要求模拟这两列火车通过隧道的场景

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <wait.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/un.h>

pthread_mutex_t m;
pthread_cond_t cond;
int a=0;

void *quit(void *arg)
{
	pthread_mutex_lock(&m);
	pthread_cond_wait(&cond,&m);
	for(int i=0;i<=1000;i+=50)
	{
		printf("快车行驶%d米\n",i);
	}
	printf("快车出隧道\n");
	pthread_mutex_unlock(&m);
}

typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
typedef struct sockaddr addr_t;
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;

int main(int argc, const char *argv[])
{
		printf("高铁进隧道\n");
	for(int i=0;i<=1000;i+=100)
	{
		printf("高铁行驶%d米\n",i);
	}
	printf("高铁出隧道\n");
	printf("快车准备进入\n");
	pthread_mutex_init(&m,NULL);
	pthread_cond_init(&cond,NULL);
	pthread_t id;
	pthread_create(&id,0,quit,0);
	usleep(100);
	pthread_detach(id); 
	pthread_cond_signal(&cond);
	usleep(100);
	return 0;
}

运行截图：

3：有一个隧道，长1000m，有一辆高铁，每秒100米，有一辆快车，每秒50m，有一辆慢车每秒25m 要求模拟这两列火车通过隧道的场景，但是要求高铁最先过隧道，快车其次，慢车最后

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <wait.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/un.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
typedef struct sockaddr addr_t;
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;

pthread_mutex_t m1;
pthread_mutex_t m2;
pthread_mutex_t m3;
void* task1(void * arg)
{
	pthread_mutex_lock(&m1);
	printf("高铁进入隧道\n");
	printf("高铁出隧道\n");
	pthread_mutex_unlock(&m2);
}

void* task2(void *arg)
{
	pthread_mutex_lock(&m2);
	printf("快车进入隧道\n");
	printf("快车出隧道\n");
	pthread_mutex_unlock(&m3);
}

void* task3(void *arg)
{
	pthread_mutex_lock(&m3);
	printf("慢车进入隧道\n");
	printf("慢车出隧道\n");
	pthread_mutex_unlock(&m1);
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
	pthread_mutex_init(&m1,NULL);
	pthread_mutex_init(&m2,NULL);
	pthread_mutex_lock(&m2);
	pthread_mutex_init(&m3,NULL);
	pthread_mutex_lock(&m3);

	pthread_t id1,id2,id3;
	pthread_create(&id1,0,task1,0);
	pthread_create(&id2,0,task2,0);
	pthread_create(&id3,0,task3,0);
	pthread_detach(id1);
	pthread_detach(id2);
	pthread_detach(id3);

	usleep(1000);
	return 0;
}

运行截图：

4：使用条件变量实现一个生产者消费者模型(pv)模型生产者线程：每秒生成2个苹果消费者线程：没3秒消费 5~9个苹果要求消费者在消费之前一定要有足够的苹果给消费

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <wait.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/un.h>
#include<time.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
typedef struct sockaddr addr_t;
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;

int a=0;//苹果数
int b=0;//每次消费数量
pthread_mutex_t m;//互斥锁
pthread_cond_t cond1;//条件变量


void *create(void *arg)//生成苹果
{
	while(1)
	{
		pthread_mutex_lock(&m);
		pthread_cond_wait(&cond1,&m);//唤醒
		a=a+6;//苹果数增加
		pthread_mutex_unlock(&m);
	}
}



int main(int argc, const char *argv[])
{
	pthread_t id1;
	pthread_create(&id1,0,create,0);
	pthread_detach(id1);

	while(1)
	{
		srand((unsigned)time(NULL));	
		b=5+rand()%5;//取5-9的随机数
		sleep(3);//休眠三秒
		pthread_cond_signal(&cond1);//符合条件
		usleep(1000);//让create成功执行
		if(a>=b)
		{
			a=a-b;//苹果的剩余量
			printf("消费成功\n");
			printf("消费苹果%d个，剩余%d个\n",b,a);
		}else{
			printf("消费不成功\n");
			printf("想要消费苹果%d个不成功，剩余%d个\n",b,a);
		}

	}
	
	return 0;
}

运行截图：

第四题在时间足够可能出现数据访问问题：

以下进行修改，改为互斥同步的状态

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <wait.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/un.h>
#include<time.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
typedef struct sockaddr addr_t;
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;

int a=0;//苹果数
int b=0;//每次消费数量
pthread_mutex_t m1;//互斥锁
pthread_mutex_t m2;
pthread_cond_t cond1;//条件变量


void *create(void *arg)//生成苹果
{
	while(1)
	{
		pthread_mutex_lock(&m1);
		pthread_cond_wait(&cond1,&m1);//唤醒
		a=a+6;//苹果数增加
		pthread_mutex_unlock(&m2);
	}
}

void* buy(void* arg)
{

	while(1)
	{
		pthread_mutex_lock(&m2);
		srand((unsigned)time(NULL));	
		b=5+rand()%5;//取5-9的随机数
		sleep(3);//休眠三秒
		if(a>=b)
		{
			a=a-b;//苹果的剩余量
			printf("消费成功\n");
			printf("消费苹果%d个，剩余%d个\n",b,a);
		}else{
			printf("消费不成功\n");
			printf("想要消费苹果%d个不成功，剩余%d个\n",b,a);
		}
		pthread_mutex_unlock(&m1);
		
	}

}

int main(int argc, const char *argv[])
{
	pthread_mutex_init(&m1,NULL);
	pthread_mutex_init(&m2,NULL);
	pthread_cond_init(&cond1,NULL);

	pthread_t id1,id2;
	pthread_create(&id1,0,create,0);
	pthread_detach(id1);
	pthread_create(&id2,0,buy,0);
	pthread_detach(id2);

	while(1)
	{
		pthread_cond_signal(&cond1);//符合条件
	}
	
	return 0;
}

运行截图：