0 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。（注：这里的“产品”理解为某种数据）

生产者和消费者是共享一个初始为空、大小为n的缓冲区的。

刚开始缓冲区是空的，所以生产者可以往缓冲区中放入产品。

当缓冲区放满了之后，生产者就不能往里放数据了，此时只能让消费者取走产品，生产者才能继续将产品放入。

缓冲区是临界资源，各进程必须互斥地访问。

假如系统当中有两个生产者进程，两个生产者进程发现缓冲区当中的位置都是空的，由于并发性，两个生产者进程很有可能都瞄准了同一个缓冲区当中的块。所以由于这个特性，所以缓冲区必须是被互斥的进行访问的。

1 问题分析

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。（注：这里的“产品”理解为某种数据）
生产者、消费者共享一个初始为空、大小为的缓冲区。

• 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。（同步）
• 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。（同步）
• 缓冲区是临界资源，各进程必须互斥地访问。（互斥）

Q：如何使用信号量机制（P，V操作）实现生产者、消费者进程的这些功能呢？
A：信号量机制可以实现互斥、同步、对一类系统资源的申请和释放。

关于互斥的实现：

• 设置初值为1的互斥信号量

关于同步的实现：

• 设置初值为0的同步信号量（实现“一前一后”）

关于对同一类系统资源的申请和释放

• 设置一个信号量，初始值即为资源的数量，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。

所以，上一节的问题，都可以归类于互斥、同步的问题。

PV操作题目分析步骤：

1. 关系分析。找出题目中描述的各个进程，分析它们之间的同步
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。

生产者每次要消耗§一个空闲缓冲区，并生产(V)一个产品。消费者每次要消杌§一个产品，并释放一个空闲缓冲区(V)往缓冲区放入/取走产品需要互斥。

2 实现

生产者将产品放入缓冲区，消费者从缓冲区取走产品。

实现互斥是在同一进程中进行一对PV操作；实现两进程的同步
关系，是在其中一个进程中执行P，另进程中执行V。

3 能否改变相邻P，V操作的顺序？

若此时缓冲区内己经放满产品，则empty=0,full=n。
则生产者进程执行①使mutex? 变为0，再执行②，由于己没有空闲缓冲区，因此生产者被阻塞。
由于生产者阻塞，因此切换回消费者进程。消费者进程执行③，由于utex为0，即生产者还没
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”。同样的，若缓冲区中没有产品，即full=0,empty=n。按③④①的顺序执行就会发生死锁。因此，实现互斥的P操作一定要在实现同步的P操作之后。V操作不会导致进程阻塞，因此两个V操作顺序可以交换。

综上，实现互斥的P操作要放到实现同步的P操作之后。V操作可以交换，不会导致阻塞。

4 总结