一、 实践目的
1） 学习多线程操作（Pthread库）
2） 学习Linux中PV操作对应的实现
二、实践环境
1）Vmware WorkStation Pro
2）虚拟机操作系统：Ubuntu20.04
三、问题描述
桌上有一只盘子，每次只能放入一个水果。爸爸专放苹果，妈妈专放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。分别用P、V操作和管理实现。
四、实践内容
·线程和进程的互斥和同步
同步是操作系统级别的概念，是在多道程序的环境下，存在着不同的制约关系，为了协调这种互相制约的关系，实现资源共享和进程协作，从而避免进程之间的冲突，引入进程同步。
进程互斥是间接制约关系。当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。
·信号量和P、V操作
通过设置一个表示资源个数的信号量S，通过对信号量S的P、V操作来实现进程的同步与互斥。P、V操作分别来自荷兰语Passeren和Vrijgeven，分别表示占有和释放。P、V操作是操作系统的原语，意味着具有原子性。
P操作首先减少信号量，表示有一个进程将占有或等待资源，然后检测S是否小于0，如果小于0则阻塞，如果大于0则占有资源进行执行。
V操作是和P操作相反的操作，首先增加信号量，表示占用或等待资源的进程减少了1个。然后检测S是否小于0，如果小于0则唤醒等待使用S资源的其它进程。
·题目分析
（1）设有两个篮子，分别有若干个苹果或橘子，爸爸和妈妈将每次从水果篮子中拿出一个水果放入水果盘中，儿子女儿则挑选各自喜欢的水果。
（2）Father、mother、son、daughter是四个线程或进程。
（3）盘子plate是它们的共享变量，对盘子的操作要互斥。
（4）Father和daughter要对apple同步。
（5）Mother和son要对orange同步。
·用P、V操作实现（伪代码）
bash
empty,full1,full2:semaphore;
empty:=1;full1:=0;full2:=0;
cobegin
repeat father;
repeat mother;
repeat son;
repeat daughter;
coend;
procedure father
begin
p(empty);
放苹果入盘：
v（full1）；
end；
procedure mother
begin
p(empty);
放橘子入盘；
v(full2);
end;
procedure son
begin
p(full2);
从盘中取橘子；
v(empty);
吃橘子；
end；
procedure daughter
begin
p(full1);
从盘中取苹果；
v(empty);
吃苹果；
end;·实验过程
（1）安装必要的库，包括POSIX线程（pthread）和信号量（semaphore）。
（2）创建一个fruit_plate.c文件，并编写代码。键入vim fruit_plate.c进行编写。
在该程序中，为了让进程在有限次数内结束循环，我假定爸爸手头有五个苹果A,B,C,D,E,妈妈手头有五个橘子A,B,C,D,E。并引入usleep函数来模拟爸爸放苹果的时间为1秒，妈妈放橘子的时间为1.5秒，儿子吃橘子的时间为2秒，女儿吃苹果的时间为2.5秒。sem_wait和 sem_post分别对应P和V操作，用于同步和互斥。sem_init初始化信号量，sem_destroy销毁信号量。pthread_create创建线程，pthread_join等待线程结束。信号量 plate_sem用于互斥访问盘子，确保每次只有一个线程可以放入或取走水果。信号量 apple_sem和 orange_sem用于同步，确保女儿和儿子只有在有对应的水果时才能吃。
（3）键入gcc -pthread fruit_plate.c -o fruit_plate编译代码。
（4）键入./fruit_plate运行生成的可执行文件。
五、 小结与改进设想
本次实践后，我对线程和进程也有了更深更具体的体会。进程是具有一定独立 功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调 度的一个独立单位。线程是进程的一个实体,是 CPU 调度和分派的基本单位,它是 比进程更小的能独立运行的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源 (如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。 具体区别如下：
地址空间和其它资源：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
通信：线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信------需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。