生產者 消費者問題

1 問題描述

系統中有一組生產者程序和一組消費者程序，生產者程序每次生產乙個產品放入緩衝區，消費者程序每次從緩衝區中取出乙個產品並使用。（注：這裡的「產品」理解為某種資料）

生產者、消費者共享乙個初始為空、大小為n的緩衝區。

只有緩衝區沒滿時，生產者才能把產品放入緩衝區，否則必須等待。

緩衝區沒滿→生產者生產 ---------同步關係

緩衝區沒空→消費者消費 ---------同步關係

同步關係分析：前v後p

整理思路。根據各程序的操作流程確定p、v操作的大致順序。

設定訊號量。並根據題目條件確定訊號量初值。（互斥訊號量初值一般為1，同步訊號量的初始值要看對應資源的初始值是多少）

2 問題描述

由以上分析，可知生產者-消費者問題中訊號量設定：

semaphore mutex =1;

//互斥訊號量，實現對緩衝區的互斥訪問 
semaphore empty = n;
//同步訊號量，表示空閒緩衝區的數量 
semaphore full =0;
//同步訊號量，表示產品的數量，也即非空緩衝區的數量

同步模型：

問題模型：

生產者生產商品，然後判斷緩衝區是否為空（p一下空閒緩衝區），把產品放入後（v一下產品數量。通知消費者程序）

消費者首先判斷有沒有商品（p一下商品數量），從緩衝區中取出產品後（v一下空閒緩衝區。通知生產者程序），進而消耗商品

還需要實現各個程序對緩衝區的互斥訪問

生產者程序每次要消耗（p）乙個空閒緩衝區，並生產（v）乙個產品

消費者程序每次消耗（p）乙個產品，並釋放乙個空閒緩衝區（v）

pv一對

pv一對

semaphore mutex =1;

//互斥訊號量，實現對緩衝區的互斥訪問 
semaphore empty = n;
//同步訊號量，表示空閒緩衝區的數量 
semaphore full =0;
//同步訊號量，表示產品的數量，也即非空緩衝區的數量
producer()
}consumer()
}

能否改變相鄰p、v操作的順序？

分析： 若此時緩衝區內已經放滿產品，則empty=0，full=n。 則生產者程序執行① 使mutex變為0，再執行②，由於已沒有空閒緩衝區，因此生產者被阻塞。

由於生產者阻塞，因此切換回消費者程序。消費者程序執行③，由於mutex為0，即生產者還沒釋放對臨界資源的「鎖」，因此消費者也被阻塞。

這就造成了生產者等待消費者釋放空閒緩衝區，而消費者又等待生產者釋放臨界區的情況，生產者和消費者迴圈等待被對方喚醒，出現「死鎖」。

同樣的，若緩衝區中沒有產品，即full=0，empty=n。按③④① 的順序執行就會發生死鎖。

v操作不會導致程序阻塞，因此兩個v操作順序可以交換。

生產者消費者問題是乙個互斥、同步的綜合問題。

包含了一對互斥，兩對同步

緩衝區為空，生產者生產需要在消費者消費之前，因此在生產者生產之後執行v操作（前v，即前面操作之後執行v操作），在消費者消費之前，執行p操作（後p，即後面操作之前執行p操作）

生產者消費者問題

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