一、生產(chǎn)者消費(fèi)問(wèn)題

• 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(méi)滿(mǎn) 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(méi)滿(mǎn)→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(méi)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(fǎng)問(wèn)。
  
• PV操作題目分析步驟：
  ①、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。
  ②、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。【生產(chǎn)者每次要消耗§一個(gè)空閑緩沖區(qū)，并生產(chǎn)(V）一個(gè)產(chǎn)品。消費(fèi)者每次要消耗（P）一個(gè)產(chǎn)品，并釋放一個(gè)空閑緩沖區(qū)V) 。往緩沖區(qū)放入/取走產(chǎn)品需要互斥。】
  ③、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）
  
  

（一）能否改變相鄰P、V操作的順序？

• 若此時(shí)緩沖區(qū)內(nèi)已經(jīng)放滿(mǎn)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(méi)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(méi)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”。
• 同樣的，若緩沖區(qū)中沒(méi)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。

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• 生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題是一個(gè)互斥、同步的綜合問(wèn)題。
• 有時(shí)候是消費(fèi)者需要等待生產(chǎn)者生產(chǎn)，有時(shí)候是生產(chǎn)者要等待消費(fèi)者消費(fèi)，這是兩個(gè)不同的“一前一后問(wèn)題”，因此也需要設(shè)置兩個(gè)同步信號(hào)量。
  

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二、多生產(chǎn)者—消費(fèi)者問(wèn)題

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

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。【互斥：在臨界區(qū)前后分別PV；同步：前V后P】

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）

（一）如何實(shí)現(xiàn)？

（二）問(wèn)題：可不可以不用互斥信號(hào)量？

• 分析：剛開(kāi)始，兒子、女兒進(jìn)程即使上處理機(jī)運(yùn)行也會(huì)被阻塞。如果剛開(kāi)始是父親進(jìn)程先上處理機(jī)運(yùn)行，則：父親 P(plate)，可以訪(fǎng)問(wèn)盤(pán)子→母親 P(plate)，阻塞等待盤(pán)子→父親放入蘋(píng)果V(apple)，女兒進(jìn)程被喚醒，其他進(jìn)程即使運(yùn)行也都會(huì)阻塞，暫時(shí)不可能訪(fǎng)問(wèn)臨界資源（盤(pán)子）→女兒 P(apple)，訪(fǎng)問(wèn)盤(pán)子，V(plate)，等待盤(pán)子的母親進(jìn)程被喚醒à母親進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)盤(pán)子（其他進(jìn)程暫時(shí)都無(wú)法進(jìn)入臨界區(qū)）→……
• 結(jié)論：即使不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的互斥變量mutex，也不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)盤(pán)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)…

（三）如果盤(pán)子（緩沖區(qū)）容量為2

• 父親 P(plate)，可以訪(fǎng)問(wèn)盤(pán)子→母親 P(plate)，可以訪(fǎng)問(wèn)盤(pán)子→父親在往盤(pán)子里放蘋(píng)果，同時(shí)母親也可以往盤(pán)子里放橘子。于是就出現(xiàn)了兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)緩沖區(qū)的情況，有可能導(dǎo)致兩個(gè)進(jìn)程寫(xiě)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(zhuān)門(mén)設(shè)置一個(gè)互斥信號(hào)量 mutex 來(lái)保證互斥訪(fǎng)問(wèn)緩沖區(qū)。

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• 總結(jié)：在生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)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(fǎng)問(wèn)緩沖區(qū)的功能。當(dāng)然，這不是絕對(duì)的，要具體問(wèn)題具體分析。
• 建議：在考試中如果來(lái)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(fǎng)問(wèn)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：
  ①、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。
  ②、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。
  ③、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）

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• 解決“多生產(chǎn)者-多消費(fèi)者問(wèn)題”的關(guān)鍵在于理清復(fù)雜的同步關(guān)系。
• 在分析同步問(wèn)題（一前一后問(wèn)題）的時(shí)候不能從單個(gè)進(jìn)程行為的角度來(lái)分析，要把“一前一后”發(fā)生的事看做是兩種“事件”的前后關(guān)系。
• 比如，如果從單個(gè)進(jìn)程行為的角度來(lái)考慮的話(huà)，我們會(huì)有以下結(jié)論：
  ①、如果盤(pán)子里裝有蘋(píng)果，那么一定要女兒取走蘋(píng)果后父親或母親才能再放入水果
  ②、如果盤(pán)子里裝有橘子，那么一定要兒子取走橘子后父親或母親才能再放入水果
• 這么看是否就意味著要設(shè)置四個(gè)同步信號(hào)量分別實(shí)現(xiàn)這四個(gè)“一前一后”的關(guān)系了？
  正確的分析方法應(yīng)該從“事件”的角度來(lái)考慮，我們可以把上述四對(duì)“進(jìn)程行為的前后關(guān)系”抽象為一對(duì)“事件的前后關(guān)系”
• 盤(pán)子變空事件→放入水果事件。“盤(pán)子變空事件”既可由兒子引發(fā)，也可由女兒引發(fā)；“放水果事件”
• 既可能是父親執(zhí)行，也可能是母親執(zhí)行。這樣的話(huà)，就可以用一個(gè)同步信號(hào)量解決問(wèn)題了
  

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的生产者消费问题以及多生产者—消费者问题实现思想的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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