生產者 消費者問題(2)

2022-08-15 16:42:14 字數 1795 閱讀 9478

一組生產者程序和一組消費者程序共享乙個初始為空、大小為n的緩衝區,只有緩衝區沒滿時,生產者才能把訊息放入到緩衝區,否則必須等待;只有緩衝區不空時,消費者才能從中取出訊息,否則必須等待。由於緩衝區是臨界資源,它只允許乙個生產者放入訊息,或者乙個消費者從中取出訊息。

1) 關係分析。生產者和消費者對緩衝區互斥訪問是互斥關係,同時生產者和消費者又是乙個相互協作的關係,只有生產者生產之後,消費者才能消費,他們也是同步關係。

2) 整理思路。這裡比較簡單,只有生產者和消費者兩個程序,正好是這兩個程序存在著互斥關係和同步關係。那麼需要解決的是互斥和同步pv操作的位置。

3) 訊號量設定。訊號量mutex作為互斥訊號量,它用於控制互斥訪問緩衝池,互斥訊號量初值為1;訊號量full用於記錄當前緩衝池中「滿」緩衝區數,初值為0。訊號量empty 用於記錄當前緩衝池中「空」緩衝區數,初值為n。

生產者-消費者程序的描述如下:

1 semaphore mutex=1; //

臨界區互斥訊號量,

2 semaphore empty=n; //

空閒緩衝區,同步訊號量

3 semaphore full=0; //

緩衝區初始化為空, 同步訊號量

4 producer () 13}

1415 consumer ()

24 }

注:同步訊號量和互斥訊號量的順序在這個地方不能交換,在其他的地方是否也同樣呢?

該類問題要注意對緩衝區大小為n的處理,當緩衝區中有空時便可對empty變數執行p 操作,一旦取走乙個產品便要執行v操作以釋放空閒區。對empty和full變數的p操作必須放在對mutex的p操作之前。如果生產者程序先執行p(mutex),然後執行p(empty),消費者執行p(mutex),然後執行p(fall),這樣可不可以?答案是否定的。設想生產者程序已經將緩衝區放滿,消費者程序並沒有取產品,即empty = 0,當下次仍然是生產者程序執行時,它先執行p(mutex)封鎖訊號量,再執行p(empty)時將被阻塞,希望消費者取出產品後將其喚醒。輪到消費者程序執行時,它先執行p(mutex),然而由於生產者程序已經封鎖mutex訊號量,消費者程序也會被阻塞,這樣一來生產者、消費者程序都將阻塞,都指望對方喚醒自己,陷入了無休止的等待。同理,如果消費者程序已經將緩衝區取空,即 full = 0,下次如果還是消費者先執行,也會出現類似的死鎖。不過生產者釋放訊號量時,mutex、full先釋放哪乙個無所謂,消費者先釋放mutex還是empty都可以。

下面再看乙個較為複雜的生產者-消費者問題:

桌子上有乙隻盤子,每次只能向其中放入乙個水果。爸爸專向盤子中放蘋果,媽媽專向盤子中放橘子,兒子專等吃盤子中的橘子,女兒專等吃盤子中的蘋果。只有盤子為空時,爸爸或媽媽就可向盤子中放乙個水果;僅當盤子中有自己需要的水果時,兒子或女兒

可以從盤子中取出。

1) 關係分析。這裡的關係稍複雜一些,首先由每次只能向其中放入乙隻水果可知爸爸和媽媽是互斥關係。爸爸和女兒、媽媽和兒子是同步關係,而且這兩對程序必須連起來,兒子和女兒之間沒有互斥和同步關係,因為他們是選擇條件執行,不可能併發,如圖2-8所示。

2) 整理思路。這裡有4個程序,實際上可以抽象為兩個生產者和兩個消費者被連線到大小為1的緩衝區上。

圖2-9  程序之間的關係

;2 dad() 9}

1011 mom() 18}

1920 son()27}

2829 daughter ()

36 }

程序間的關係如圖2-9所示。dad()和daughter()、mam()和son()必須連續執行,正因為如此,也只能在女兒拿走蘋果後,或兒子拿走橘子後才能釋放盤子,即v(plate)操作。

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