使用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題?

問(wèn)題描述：使用一個(gè)緩沖區(qū)來(lái)保存物品，只有緩沖區(qū)沒(méi)有滿，生產(chǎn)者才可以放入物品；只有緩沖區(qū)不為空，消費(fèi)者才可以拿走物品。

因?yàn)榫彌_區(qū)屬于臨界資源，因此需要使用一個(gè)互斥量 mutex 來(lái)控制對(duì)緩沖區(qū)的互斥訪問(wèn)。

為了同步生產(chǎn)者和消費(fèi)者的行為，需要記錄緩沖區(qū)中物品的數(shù)量。數(shù)量可以使用信號(hào)量來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這里需要使用兩個(gè)信號(hào)量：empty 記錄空緩沖區(qū)的數(shù)量，full 記錄滿緩沖區(qū)的數(shù)量。其中，empty 信號(hào)量是在生產(chǎn)者進(jìn)程中使用，當(dāng) empty 不為 0 時(shí)，生產(chǎn)者才可以放入物品；full 信號(hào)量是在消費(fèi)者進(jìn)程中使用，當(dāng) full 信號(hào)量不為 0 時(shí)，消費(fèi)者才可以取走物品。

注意，不能先對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行加鎖，再測(cè)試信號(hào)量。也就是說(shuō)，不能先執(zhí)行 down(mutex) 再執(zhí)行 down(empty)。如果這么做了，那么可能會(huì)出現(xiàn)這種情況：生產(chǎn)者對(duì)緩沖區(qū)加鎖后，執(zhí)行 down(empty) 操作，發(fā)現(xiàn) empty = 0，此時(shí)生產(chǎn)者睡眠。消費(fèi)者不能進(jìn)入臨界區(qū)，因?yàn)樯a(chǎn)者對(duì)緩沖區(qū)加鎖了，消費(fèi)者就無(wú)法執(zhí)行 up(empty) 操作，empty 永遠(yuǎn)都為 0，導(dǎo)致生產(chǎn)者永遠(yuǎn)等待下，不會(huì)釋放鎖，消費(fèi)者因此也會(huì)永遠(yuǎn)等待下去。

#define N 100 typedef int semaphore; semaphore mutex = 1; semaphore empty = N; semaphore full = 0;void producer() {while(TRUE) {int item = produce_item();down(&empty);down(&mutex);insert_item(item);up(&mutex);up(&full);} }void consumer() {while(TRUE) {down(&full);down(&mutex);int item = remove_item();consume_item(item);up(&mutex);up(&empty);} }

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使用管程實(shí)現(xiàn)

4. 管程

使用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題需要客戶端代碼做很多控制，而管程把控制的代碼獨(dú)立出來(lái)，不僅不容易出錯(cuò)，也使得客戶端代碼調(diào)用更容易。

c 語(yǔ)言不支持管程，下面的示例代碼使用了類 Pascal 語(yǔ)言來(lái)描述管程。示例代碼的管程提供了 insert() 和 remove() 方法，客戶端代碼通過(guò)調(diào)用這兩個(gè)方法來(lái)解決生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題。

monitor ProducerConsumerinteger i;condition c;procedure insert();begin// ...end;procedure remove();begin// ...end; end monitor;

管程有一個(gè)重要特性：在一個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)進(jìn)程使用管程。進(jìn)程在無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行的時(shí)候不能一直占用管程，否者其它進(jìn)程永遠(yuǎn)不能使用管程。

管程引入了?條件變量?以及相關(guān)的操作：wait()?和?signal()?來(lái)實(shí)現(xiàn)同步操作。對(duì)條件變量執(zhí)行 wait() 操作會(huì)導(dǎo)致調(diào)用進(jìn)程阻塞，把管程讓出來(lái)給另一個(gè)進(jìn)程持有。signal() 操作用于喚醒被阻塞的進(jìn)程。

使用管程實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題?

// 管程 monitor ProducerConsumercondition full, empty;integer count := 0;condition c;procedure insert(item: integer);beginif count = N then wait(full);insert_item(item);count := count + 1;if count = 1 then signal(empty);end;function remove: integer;beginif count = 0 then wait(empty);remove = remove_item;count := count - 1;if count = N -1 then signal(full);end; end monitor;// 生產(chǎn)者客戶端 procedure producer beginwhile true dobeginitem = produce_item;ProducerConsumer.insert(item);end end;// 消費(fèi)者客戶端 procedure consumer beginwhile true dobeginitem = ProducerConsumer.remove;consume_item(item);end end;

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统：生产者与消费者问题的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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