操作系统王道考研 p22-26 生产者消费者问题多生产者多消费者问题吸烟者问题读者写者问题哲学家进餐问题

Posted 2021-12-30 karshey

生产者消费者问题
多生产者多消费者问题
吸烟者问题
读者写者问题
哲学家进餐问题

生产者消费者问题

有同步和互斥：
同步：缓冲区没满才能放产品，缓冲区不空才能取产品。
互斥：各进程互斥访问。

关于PV：P是消耗，V是释放（或理解为P是进，V是出）
生产者P一个空闲缓冲区，V一个产品。
消费者P一个产品，V一个空闲缓冲区。

mutex是一个互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问。 ==
比如：对producer，它在把产品放入缓冲区前要P(mutex)，表示“我要使用缓冲区”，（因为是互斥的，P了之后如果不V就不会有进程再来访问缓冲区），放完后再V(mutex)，表示“我用完了。”这里就实现了互斥==。

empty和full是同步信号量，empty表示空闲缓冲区数量，full表示产品数量。
对于producer，生产一个产品要P(empty)，表示用了一个空闲缓冲区，生产完即V(full)，产生了一个产品。
对于consumer，消耗一个产品P(full)后就释放了一个缓冲区V(empty)。

思考：能否改变相邻PV操作的顺序？
显然不能，可能会死锁，会造成进程之间的并发度降低。

对于producer：
P(mutex)就像是上锁，如果没有V(mutex)，就没有进程可以访问缓冲区。但如果先P(mutex)，上锁了，然后发现无法执行P(empty)，即没有空闲缓冲区了，那就停在这里了。
consumer也同理。

总结
互斥的是缓冲区，同步的是空闲缓冲区资源和产品。
易错：
对于producer：先P(empty),再P(mutex)，再V(mutex)，再V(full).
对于consumer：先P(full),再P(mutex)，再V(mutex)，再V(empty).

可以这样理解：mutex是相当于对缓冲区（临界资源）的上锁，锁完后要马上释放，所以mutex的PV操作一定在最里层。

多生产者多消费者问题

这里：不设置专门的互斥变量mutex，也不会出现多个进程同时访问盘子的现象。
原因是：本题的缓冲区大小只有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（有一个苹果，有一个橘子，或空位是1）。因此任何时候，最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利进入临界区。
简而言之，当一个进程可以运行时，其他进程不满足运行的条件，所以不会出现多个进程同时访问盘子的情况，就不需要互斥变量了。

但是，如果缓冲区大小为2，那么父亲和母亲进程都满足条件，如果没有mutex，就会两个进程同时访问缓冲区。所以，需要互斥信号量mutex。

总结
如果缓冲区大小为1，有可能不用互斥信号量。
所以还是都用互斥信号量稳一点。

事件前后关系。
如这道题：放水果前的情况是盘子为空，放水果后是盘子为满。则就是一个同步信号量。

吸烟者问题

供应者供应任意一个组合（V），然后相应的吸烟者把它拿了（P）。
所以先V后P。

对于供应者来说：
轮流提供三种组合，提供就是V(offer)，提供完其实就是P(finish)，表示桌子上已经放了东西。
对于吸烟者来说，拿东西P(offer)，然后就V(finish),因为拿完东西桌子就已经空了。

总结

读者写者问题

写进程和读进程（或写进程）同时运行会产生错误。
因此要求：可以同时读、只能一个写、写完前不能有其他进程访问。

处理问题的方法在最后一段：

writer的P(rw)和V(rw)相当于写文件前后的上锁和解锁。
reader中的mutex是因为要互斥地访问count。
reader中的P(rw)和V(rw)相当于读文件的上锁和解锁：只有还有文件要读就不解锁。
因此写进程可能饥饿。

这种算法也被称为==读写公平法。==不会让写进程饥饿。

看这里知道为什么不会让写进程饥饿
此图来自上面的链接：
增加的P(w)和V(w)有交替唤醒的感觉。

总结

哲学家进餐问题

视频里提出了三种方法，但是代码只有一种。
这里看完整的代码

当所有哲学家都拿起左边的筷子，那么无法都拿起右边的筷子，会死锁。

三种解决方法：

3.仅当一个哲学家左右两只筷子都可用时才允许他抓起筷子。

互斥地拿筷子：
这种方法对应上面链接中的解决方法2.

总结