目录

1.问题描述

2.问题分析

3.问题实现

3.1 初始化

3.2 生产者

3.3 消费者

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1.问题描述

 要求如下：

• 只要缓冲区没满，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，消费者才能从中取出产品，否则必须等待。
• 缓冲区是临界资源，各进程必须互斥地访问。

2.问题分析

如何用信号量机制（P、V操作）实现生产者、消费者进程的这些功能呢？信号量机制可以实现互斥、同步、对一类资源的申请和释放。

• 互斥：设置初值为1的互斥信号量。
• 同步：设置初值为0的同步信号量（实现“一前一后”）。
• 对同一类资源的申请和释放：设置一个信号量，初值为资源的数量（本质上也属于“同步问题”，若无空闲资源，则申请资源的进程需要等待别的进程释放资源后才能继续往下执行）。

生产者-消费者问题中的同步关系：

1. 同步关系：缓冲区满时，生产者要等待消费者取走商品。
2. 同步关系：缓冲区为空时（即没有产品时），消费者要等待生产者放入商品。

生产者-消费者问题中的互斥关系：

1. 互斥关系：缓冲区是临界资源，各进程之间必须互斥。

3.问题实现

3.1 初始化

semaphore mutex = 1;//互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问
semaphore empty = n;//同步信号量，实现空闲缓冲区的数量
semaphore full = 0;//同步信号量，标识产品数量，也即非空缓冲区的数量

3.2 生产者

producer(){while(1){生产一个产品;P(empty);//消耗一个空闲缓冲区P(mutex);把产品放入一个缓冲区;V(mutex);V(full);//增加一个产品}}

3.3 消费者

consumer(){while(1){P(full);//消耗一个产品（非空缓冲区）P(mutex);从缓冲区取出一个产品;V(mutex);V(empty);//增加一个空闲缓冲区使用产品;}}

思考：如果改变相邻P操作的顺序会出现什么情况？

若此时缓冲区内已经放满产品，则empty=0，full=n。

生产者执行P(mutex)使得mutex=0，再执行P(empty)，由于已经没有空闲缓冲区。因此生产者被阻塞。由于生产者被阻塞，因此切换回消费者进程。消费者进程执行P(mutex)，由于mutex=0，即生产者还没有释放对临界资源的“锁”，因此消费者也被阻塞。

这就造成了生产者等待消费者释放空闲的缓冲区，而消费者又等待生产者释放临界区的情况，生产者和消费者循环等待被对方唤醒，出现“死锁”。因此，实现互斥地P操作一定要在实现同步的P操作之后。