文章目錄

• • • 1.生產(chǎn)者消費(fèi)者問題
    • • 1.1 問題描述
      • 1.2 問題分析
      • 1.3 如何實(shí)現(xiàn)
      • 1.4 思考
      • • ① -> ② -> ③
        • ③ -> ④ -> ①
      • 1.5 小結(jié)
    • 2.多生產(chǎn)者 - 多消費(fèi)者
    • • 2.1 問題描述
      • 2.2 問題分析
      • 2.3 如何實(shí)現(xiàn)
      • 2.4 小結(jié)

1.生產(chǎn)者消費(fèi)者問題

1.1 問題描述

系統(tǒng)中有一組生產(chǎn)者進(jìn)程和一組消費(fèi)者進(jìn)程，生產(chǎn)者進(jìn)程每次生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品放入緩沖區(qū)，消費(fèi)者進(jìn)程每次從緩沖區(qū)中取出一個(gè)產(chǎn)品并使用。（注：這里的“產(chǎn)品”理解為某種數(shù)據(jù)）

生產(chǎn)者、消費(fèi)者共享一個(gè)初始為空、大小為n的緩沖區(qū)。

只有緩沖區(qū)沒滿時(shí)，生產(chǎn)者才能把產(chǎn)品放入緩沖區(qū)，否則必須等待。(緩沖區(qū)沒滿 ——>生產(chǎn)者生產(chǎn))
只有緩沖區(qū)不空時(shí)，消費(fèi)者才能從中取出產(chǎn)品，否則必須等待。(緩沖區(qū)沒空——>消費(fèi)者消費(fèi))
緩沖區(qū)是臨界資源，各進(jìn)程必須互斥地訪問。(互斥關(guān)系)

1.2 問題分析

PV操作題目分析步驟：

關(guān)系分析。找出題目中描述的各個(gè)進(jìn)程，分析它們之間的同步、互斥關(guān)系。

整理思路。根據(jù)各進(jìn)程的操作流程確定P、V操作的大致順序。

設(shè)置信號(hào)量。并根據(jù)題目條件確定信號(hào)量初值。（互斥信號(hào)量初值一般為1，同步信號(hào)量的初始值要看對(duì)應(yīng)資源的初始值是多少）

semaphore mutex = 1; // 互斥信號(hào)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖區(qū)的互斥訪問 semaphore empty = n; // 同步信號(hào)量，表示空閑緩沖區(qū)的數(shù)量 semaphore full = 0; // 同步信號(hào)量，表示產(chǎn)品的數(shù)量，也即非空緩沖區(qū)的數(shù)量

1.3 如何實(shí)現(xiàn)

1.4 思考

思考：能否改變相鄰P、V操作的順序？

① -> ② -> ③

若此時(shí)緩沖區(qū)內(nèi)已經(jīng)放滿產(chǎn)品，則empty=0，full=n。

則生產(chǎn)者進(jìn)程執(zhí)行①使mutex變?yōu)?，再執(zhí)行②，由于已沒有空閑緩沖區(qū)，因此生產(chǎn)者被阻塞。由于生產(chǎn)者阻塞，因此切換回消費(fèi)者進(jìn)程。消費(fèi)者進(jìn)程執(zhí)行③，由于mutex為0，即生產(chǎn)者還沒釋放對(duì)臨界資源的“鎖”，因此消費(fèi)者也被阻塞。這就造成了生產(chǎn)者等待消費(fèi)者釋放空閑緩沖區(qū)，而消費(fèi)者又等待生產(chǎn)者釋放臨界區(qū)的情況，生產(chǎn)者和消費(fèi)者循環(huán)等待被對(duì)方喚醒，出現(xiàn)“死鎖”。

③ -> ④ -> ①

同樣的，若緩沖區(qū)中沒有產(chǎn)品，即full=0，empty=n。按③④① 的順序執(zhí)行就會(huì)發(fā)生死鎖。

因此，實(shí)現(xiàn)互斥的P操作一定要在實(shí)現(xiàn)同步的P操作之后。
V操作不會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程阻塞，因此兩個(gè)V操作順序可以交換。

1.5 小結(jié)

易錯(cuò)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)互斥和實(shí)需要“前V后P”現(xiàn)同步的兩個(gè)P操作的先后順序（死鎖問題）

2.多生產(chǎn)者 - 多消費(fèi)者

2.1 問題描述

桌子上有一只盤子，每次只能向其中放入一個(gè)水果。爸爸專向盤子中放蘋果，媽媽專向盤子中放橘子，兒子專等著吃盤子中的橘子，女兒專等著吃盤子中的蘋果。只有盤子空時(shí)，爸爸或媽媽才可向盤子中放一個(gè)水果。僅當(dāng)盤子中有自己需要的水果時(shí)，兒子或女兒可以從盤子中取出水果。
用PV操作實(shí)現(xiàn)上述過程。

2.2 問題分析

• 互斥關(guān)系：（mutex = 1）
  對(duì)緩沖區(qū)（盤子）的訪問要互斥地進(jìn)行

• 同步關(guān)系（一前一后）：

父親將蘋果放入盤子后，女兒才能取蘋果

母親將橘子放入盤子后，兒子才能取橘子

只有盤子為空時(shí)，父親或母親才能放入水果

2.3 如何實(shí)現(xiàn)

semaphore mutex = 1; // 實(shí)現(xiàn)互斥訪問盤子（緩沖區(qū)） semaphore apple = 0; // 盤子中有幾個(gè)蘋果 semaphore orange = 0; // 盤子中有幾個(gè)橘子 semaphore plate = 1; // 盤子中還可以放多少個(gè)水果

問題：可不可以不用互斥信號(hào)量？

結(jié)論：即使不設(shè)置專門的互斥變量mutex，也不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問盤子的現(xiàn)象

原因在于:本題中的緩沖區(qū)大小為1，在任何時(shí)刻，apple、 orange、 plate 三個(gè)同步信號(hào)量中最多只有一個(gè)是1。因此在任何時(shí)刻，最多只有一個(gè)進(jìn)程的P操作不會(huì)被阻塞，并順利地進(jìn)入臨界區(qū)…

semaphore apple = 0; // 盤子中有幾個(gè)蘋果 semaphore orange = 0; // 盤子中有幾個(gè)橘子 semaphore plate = 2; // 盤子中還可以放多少個(gè)水果

父親P(plate) ，可以訪問盤子 -----> 母親P(plate) ，可以訪問盤子 ----->父親在往盤子里放蘋果，同時(shí)母親也可以往盤子里放橘子。于是就出現(xiàn)了兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問緩沖區(qū)的情況，有可能導(dǎo)致兩個(gè)進(jìn)程寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)相互覆蓋的情況。

因此，如果緩沖區(qū)大小大于1，就必須專門設(shè)置一個(gè)互斥信號(hào)量 mutex 來保證互斥訪問緩沖區(qū)。

2.4 小結(jié)

總結(jié)：在生產(chǎn)者 - 消費(fèi)者問題中，如果緩沖區(qū)大小為1，那么有可能不需要設(shè)置互斥信號(hào)量就可以實(shí)現(xiàn)互斥訪問緩沖區(qū)的功能。當(dāng)然，這不是絕對(duì)的，要具體問題具體分析。

建議：在考試中如果來不及仔細(xì)分析，可以加上互斥信號(hào)量，保證各進(jìn)程一定會(huì)互斥地訪問緩沖區(qū)。但需要注意的是，實(shí)現(xiàn)互斥的P操作一定要在實(shí)現(xiàn)同步的P操作之后，否則可能引起“死鎖”。

PV 操作題目的解題思路：

關(guān)系分析。找出題目中描述的各個(gè)進(jìn)程，分析它們之間的同步、互斥關(guān)系。

整理思路。根據(jù)各進(jìn)程的操作流程確定P、V操作的大致順序。
要在實(shí)現(xiàn)同步的P操作之后，否則可能引起“死鎖”。

PV 操作題目的解題思路：

關(guān)系分析。找出題目中描述的各個(gè)進(jìn)程，分析它們之間的同步、互斥關(guān)系。

整理思路。根據(jù)各進(jìn)程的操作流程確定P、V操作的大致順序。

設(shè)置信號(hào)量。設(shè)置需要的信號(hào)量，并根據(jù)題目條件確定信號(hào)量初值。（互斥信號(hào)量初值一般為1，同步信號(hào)量的初始值要看對(duì)應(yīng)資源的初始值是多少）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的生产者消费者问题的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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