一、問題描述

信號量機制實現進程互斥的步驟：

設置初值為1的互斥信號量

在訪問臨界區之間進行P操作

在訪問完臨界區之后進行V操作

信號量機制實現進程同步的步驟：

設置初值為0的同步信號量

在前操作之后對同步信號量執行V操作

在后操作之前對同步信號量執行P操作

注意：
前操作指的就是需要先進行的操作，比如：當緩沖區已滿的時候，消費者先取走緩沖區的產品，生產者才能生產產品放入緩沖區。這里的“消費者先取走緩沖區的產品”就是前操作；而” 生產者生產產品放入緩沖區“就是后操作

注意：
生產者-消費者問題中共存在3個信號量：一個是空閑緩沖區對應的信號量，一個是產品對應的信號量，還有一個是用來實現互斥訪問臨界區的互斥信號量

生產者每次要消耗一個空閑緩沖區，而消耗一個資源（空閑緩沖區）也就是對這個資源的信號量執行P操作。
因為P操作會對這個資源的信號量的數值進行-1操作，如果該信號量-1后的數值 < 0,說明在沒有進行-1操作之前，信號量的數值 是<= 0的。也就是說,在沒有進行-1操作之前已經沒有資源（空閑緩沖區），資源（空閑緩沖區）的數量為0，所以會使用block原語使進程從運行態進入阻塞態，并把該進程掛到該信號量的等待隊列（即阻塞隊列）中。
直到消費者釋放一個空閑緩沖區，也就是對空閑緩沖區對應的信號量執行了V操作之后，也就是增加一個空閑緩沖區之后，生產者進程才能再次被喚醒。

生產者進程在確認了空閑緩沖區的數量是足夠的情況下，會生產一個產品（非空閑緩沖區），也就是對 產品所對應的信號量執行V操作。
因為V操作會對產品所對應的信號量的數值進行+1操作，相當于是往空閑緩沖區中放了一個產品，即非空閑緩沖區數量+1。如果進行+1操作之后，該信號量的數值<=0,說明在沒有進行+1操作之前，該信號量的數值是<= -1的，這里的-1取絕對值之后代表的就是空閑緩沖區的數量，也就是等待隊列中的進程數量為1。這時，會使用wakeup原語喚醒等待隊列中的進程，讓等待隊列中的進程由阻塞態變為就緒態。
而消費者在消耗一個產品之前，需要對這個產品所對應的信號量執行P操作，表示要消耗一個產品（即非空緩沖區）。

二、問題分析

三、如何實現？

第一步：
首先，明確生產者需要做2間事情：生產一個產品 和 把產品放入緩沖區
消費者也需要做2間事情：從緩沖區取出一個產品 和 使用一個產品

第二步：
生產者生產一個產品之后，相當于是消耗了一個空閑的緩沖區，而空閑緩沖區的數量是由empty來控制的，需要將empty的數量進行-1操作，所以要在生產者生產一個產品之后執行P(empty)操作，表示消耗了一個空閑緩沖區。

第三步：
生產者把產品放入緩沖區之后，相當于是增加了一個產品（非空閑緩沖區），而非空閑緩沖區的數量是由full來控制的，需要將full的數量進行+1操作，所以要在生產者把產品放入緩沖區之后執行V(full)操作，表示增加了一個產品（非空閑緩沖區）

第四步：
消費者從緩沖區取出一個產品之前，需要執行P(full)操作，表示要消耗一個產品（非空緩沖區）

第五步：
消費者在使用產品之前，需要執行V(empty)操作，表示要增加一個空閑緩沖區

第六步：
實現多個生產者對生產者把產品放入緩沖區這個臨界區的互斥訪問
實現多個消費者對消費者從緩沖區取出產品這個臨界區的互斥訪問
生產者把產品放入緩沖區的操作應該放在臨界區內，這樣才能避免存在多個生產者并發的執行 將產品放入緩沖區的代碼。所以要在進入臨界區之前執行P(mutex)操作，離開臨界區之后執行V(mutex)操作。
消費者同理，需要在進入臨界區之前執行P(mutex)操作，離開臨界區之后執行V(mutex)操作。

注意：

如果要實現互斥關系的話，這對P、V操作是在同一個進程中的

如果要實現（一前一后的）同步關系的話，這對P、V操作是分別位于兩個不同的進程之中的

對“前V后P”的理解：
前操作之后執行V操作，后操作之前執行P操作
在緩沖區為空的情況下：生產者生產產品需要在消費者消費產品之前。因此，在生產者生產產品之后，需要執行V(full)操作；消費者消費產品之前，需要執行P(full)操作

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的三、操作系统——生产者-消费者问题（两个同步一个互斥）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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