一、問題描述

信號量機制實現(xiàn)進程互斥的步驟：

設(shè)置初值為1的互斥信號量

在訪問臨界區(qū)之間進行P操作

在訪問完臨界區(qū)之后進行V操作

信號量機制實現(xiàn)進程同步的步驟：

設(shè)置初值為0的同步信號量

在前操作之后對同步信號量執(zhí)行V操作

在后操作之前對同步信號量執(zhí)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(qū)已滿的時候，消費者先取走緩沖區(qū)的產(chǎn)品，生產(chǎn)者才能生產(chǎn)產(chǎn)品放入緩沖區(qū)。這里的“消費者先取走緩沖區(qū)的產(chǎn)品”就是前操作；而” 生產(chǎn)者生產(chǎn)產(chǎn)品放入緩沖區(qū)“就是后操作

注意：
生產(chǎn)者-消費者問題中共存在3個信號量：一個是空閑緩沖區(qū)對應的信號量，一個是產(chǎn)品對應的信號量，還有一個是用來實現(xiàn)互斥訪問臨界區(qū)的互斥信號量

生產(chǎn)者每次要消耗一個空閑緩沖區(qū)，而消耗一個資源（空閑緩沖區(qū)）也就是對這個資源的信號量執(zhí)行P操作。
因為P操作會對這個資源的信號量的數(shù)值進行-1操作，如果該信號量-1后的數(shù)值 < 0,說明在沒有進行-1操作之前，信號量的數(shù)值 是<= 0的。也就是說,在沒有進行-1操作之前已經(jīng)沒有資源（空閑緩沖區(qū)），資源（空閑緩沖區(qū)）的數(shù)量為0，所以會使用block原語使進程從運行態(tài)進入阻塞態(tài)，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(qū)，也就是對空閑緩沖區(qū)對應的信號量執(zhí)行了V操作之后，也就是增加一個空閑緩沖區(qū)之后，生產(chǎn)者進程才能再次被喚醒。

生產(chǎn)者進程在確認了空閑緩沖區(qū)的數(shù)量是足夠的情況下，會生產(chǎn)一個產(chǎn)品（非空閑緩沖區(qū)），也就是對 產(chǎn)品所對應的信號量執(zhí)行V操作。
因為V操作會對產(chǎn)品所對應的信號量的數(shù)值進行+1操作，相當于是往空閑緩沖區(qū)中放了一個產(chǎn)品，即非空閑緩沖區(qū)數(shù)量+1。如果進行+1操作之后，該信號量的數(shù)值<=0,說明在沒有進行+1操作之前，該信號量的數(shù)值是<= -1的，這里的-1取絕對值之后代表的就是空閑緩沖區(qū)的數(shù)量，也就是等待隊列中的進程數(shù)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(tài)變?yōu)榫途w態(tài)。
而消費者在消耗一個產(chǎn)品之前，需要對這個產(chǎn)品所對應的信號量執(zhí)行P操作，表示要消耗一個產(chǎn)品（即非空緩沖區(qū)）。

二、問題分析

三、如何實現(xiàn)？

第一步：
首先，明確生產(chǎn)者需要做2間事情：生產(chǎn)一個產(chǎn)品 和 把產(chǎn)品放入緩沖區(qū)
消費者也需要做2間事情：從緩沖區(qū)取出一個產(chǎn)品 和 使用一個產(chǎn)品

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

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

第四步：
消費者從緩沖區(qū)取出一個產(chǎn)品之前，需要執(zhí)行P(full)操作，表示要消耗一個產(chǎn)品（非空緩沖區(qū)）

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

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

注意：

如果要實現(xiàn)互斥關(guān)系的話，這對P、V操作是在同一個進程中的

如果要實現(xiàn)（一前一后的）同步關(guān)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(zhí)行V操作，后操作之前執(zhí)行P操作
在緩沖區(qū)為空的情況下：生產(chǎn)者生產(chǎn)產(chǎn)品需要在消費者消費產(chǎn)品之前。因此，在生產(chǎn)者生產(chǎn)產(chǎn)品之后，需要執(zhí)行V(full)操作；消費者消費產(chǎn)品之前，需要執(zhí)行P(full)操作

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎勵來咯，堅持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎

總結(jié)

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(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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