文章目錄

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

1.生產(chǎn)者消費者問題

1.1 問題描述

系統(tǒng)中有一組生產(chǎn)者進程和一組消費者進程，生產(chǎn)者進程每次生產(chǎn)一個產(chǎn)品放入緩沖區(qū)，消費者進程每次從緩沖區(qū)中取出一個產(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、消費者共享一個初始為空、大小為n的緩沖區(qū)。

只有緩沖區(qū)沒滿時，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，消費者才能從中取出產(chǎn)品，否則必須等待。(緩沖區(qū)沒空——>消費者消費)
緩沖區(qū)是臨界資源，各進程必須互斥地訪問。(互斥關系)

1.2 問題分析

PV操作題目分析步驟：

關系分析。找出題目中描述的各個進程，分析它們之間的同步、互斥關系。

整理思路。根據(jù)各進程的操作流程確定P、V操作的大致順序。

設置信號量。并根據(jù)題目條件確定信號量初值。（互斥信號量初值一般為1，同步信號量的初始值要看對應資源的初始值是多少）

semaphore mutex = 1; // 互斥信號量，實現(xiàn)對緩沖區(qū)的互斥訪問 semaphore empty = n; // 同步信號量，表示空閑緩沖區(qū)的數(shù)量 semaphore full = 0; // 同步信號量，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，因此切換回消費者進程。消費者進程執(zhí)行③，由于mutex為0，即生產(chǎn)者還沒釋放對臨界資源的“鎖”，因此消費者也被阻塞。這就造成了生產(chǎn)者等待消費者釋放空閑緩沖區(qū)，而消費者又等待生產(chǎn)者釋放臨界區(qū)的情況，生產(chǎn)者和消費者循環(huán)等待被對方喚醒，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)行就會發(fā)生死鎖。

因此，實現(xiàn)互斥的P操作一定要在實現(xiàn)同步的P操作之后。
V操作不會導致進程阻塞，因此兩個V操作順序可以交換。

1.5 小結

易錯點：實現(xiàn)互斥和實需要“前V后P”現(xiàn)同步的兩個P操作的先后順序（死鎖問題）

2.多生產(chǎn)者 - 多消費者

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，爸爸或媽媽才可向盤子中放一個水果。僅當盤子中有自己需要的水果時，兒子或女兒可以從盤子中取出水果。
用PV操作實現(xiàn)上述過程。

2.2 問題分析

• 互斥關系：（mutex = 1）
  對緩沖區(qū)（盤子）的訪問要互斥地進行

• 同步關系（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，父親或母親才能放入水果

2.3 如何實現(xiàn)

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

問題：可不可以不用互斥信號量？

結論：即使不設置專門的互斥變量mutex，也不會出現(xiàn)多個進程同時訪問盤子的現(xiàn)象

原因在于:本題中的緩沖區(qū)大小為1，在任何時刻，apple、 orange、 plate 三個同步信號量中最多只有一個是1。因此在任何時刻，最多只有一個進程的P操作不會被阻塞，并順利地進入臨界區(qū)…

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

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，同時母親也可以往盤子里放橘子。于是就出現(xiàn)了兩個進程同時訪問緩沖區(qū)的情況，有可能導致兩個進程寫入緩沖區(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，就必須專門設置一個互斥信號量 mutex 來保證互斥訪問緩沖區(qū)。

2.4 小結

總結：在生產(chǎn)者 - 消費者問題中，如果緩沖區(qū)大小為1，那么有可能不需要設置互斥信號量就可以實現(xiàn)互斥訪問緩沖區(qū)的功能。當然，這不是絕對的，要具體問題具體分析。

建議：在考試中如果來不及仔細分析，可以加上互斥信號量，保證各進程一定會互斥地訪問緩沖區(qū)。但需要注意的是，實現(xiàn)互斥的P操作一定要在實現(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：

關系分析。找出題目中描述的各個進程，分析它們之間的同步、互斥關系。

整理思路。根據(jù)各進程的操作流程確定P、V操作的大致順序。
要在實現(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：

關系分析。找出題目中描述的各個進程，分析它們之間的同步、互斥關系。

整理思路。根據(jù)各進程的操作流程確定P、V操作的大致順序。

設置信號量。設置需要的信號量，并根據(jù)題目條件確定信號量初值。（互斥信號量初值一般為1，同步信號量的初始值要看對應資源的初始值是多少）

總結

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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