生产者消费者问题

生产者消费者问题

问题描述

系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者进程每次生产一个产品放入缓冲区，消费者进程每次从缓冲区中取出一个产品并使用。

生产者、消费者共享一个初始为空、大小为n的缓冲区。

只有缓冲区没满时，生产者才能把产品放入缓冲区，否则必须等待。

只有缓冲区不空时，消费者才能从重取出产品。否则必须等待。

问题分析

如何实现

思考：能否改变相邻P、V操作的顺序

多生产者、多消费者

问题描述

问题分析

1. 关系分析。找出题目中的各个进程，分析它们之间的同步、互斥
2. 整理思路。根据各进程的操作流程确定P、V操作的大致顺序。
3. 设置信号量。设置需要的信号量，并根据题目条件确定信号量初值

互斥关系：（mutex=1）

​ 对缓冲区（盘子）的访问要互斥地进行

同步关系：（一前一后）

1. 父亲将苹果放入盘子，女儿才能取苹果
2. 母亲将橘子放入盘子后，儿子才能取橘子
3. 只有盘子为空时，父亲或母亲才能放入水果

“盘子为空”这个事件可以由儿子或女儿触发，事件发生后才允许父亲或母亲放水果

如何实现

问题：可不可以用互斥信号量？

结论：

​ 即使不设置专门互斥变量mutex，也不会出现多个进程同时访问盘子的现象。

原因在于：本题中的缓冲区大小为1，在任何时刻，apple、orange、plate三个同步信号量中最多只有一个是1，因此在任何时刻，最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利地进入临界区..

知识回顾与重要考点

解决“多生产者——多消费者问题”的关键在于理清复杂的同步关系

在分析同步问题（一前一后问题）的时候不能从单个进程行为的角度来分析，要把“一前一后”发生的事看做是两种“事件”的前后关系

比如，如果从单个进程行为的角度来考虑的话，我们会有以下结论：

​ 如果盘子里装有苹果，那么一定要女儿取走苹果后父亲或母亲才能再放入水果

​ 如果盘子里装有橘子，那么一定要儿子取走橘子后父亲或母亲才能再放入水果

​ 这么看是否就意味着要设置四个同步信号量分别实现这四个“一前一后”的关系了？

正确的分析方法就应该从“事件“的角度来考虑，我们可以把上述四对“进程行为的前后关系”抽象为一对“事件的前后关系”

盘子变空事件->放入水果事件。“盘子变空事件”既可以由儿子引发，也可由女儿引发；“放入水果事件”既可以是父亲执行，也不可以是母亲执行。这样的话，就可以用一个同步信号量解决问题了。