进程同步——生产者消费者问题

Posted 2020-11-23 zhai1997

进程同步是对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的多个进程之间按照一定的规则共享系统资源。

1、生产者消费者问题：

生产者、消费者问题生产者生产产品放入缓冲区中，消费者从缓冲区中取出产品去消费。不允许消费者从空缓冲区中取产品，也不允许生产者向已经满了的缓冲区添加产品。

 

 2、过程描述：

生产者：

void producer(){
    while(1)
    {
      while(counter==n);//缓冲池已满,不再执行后面的操作 
      buffer[in]=nextp;//将生产出来的产品放入缓冲池
      in=(in+1)%n;//指针后移
      counter++;    
    }
 
} 

消费者：

void consumer(){
    while(1)
    {
      while(counter==0);//缓冲池为空,不再执行后面的操作
      nextc=buffer[out];//取出一件产品
      out=(out+1)%n;//指针后移 
      counter--; 
    }
} 

如果不对生产者和消费者进程加以控制会出现不同的结果 （有正确的有错误的），即进程的不可再现性，这是由于进程失去了封闭性引起的。

3、进程同步（信号量机制）：

（1）使用wati()和signal（）操作来实现对临界资源的访问。

semaphone mutex=1;
Pa(){
    while(1){
        wait(mutex);//进入区 
        临界区;//访问临界资源的代码 
        signal(mutex);//退出区 
        剩余区; //其他部分 
    }
} 

（2）信号量机制解决进程同步问题：

生产者：

int n=0,out=0;
item buffer[n];
semaphore mutex=1,empty=n,full=0;//缓冲池一个，空缓冲区n个，满缓冲区0个
void producer)(){
    while(1){
        wait(empty);//先对缓冲区执行p操作，如果empty执行之前为0，则阻塞，不必在执行后面的
        wait(mutex);//减缓冲池
        buffer[in]=nextp;//将生产出来的产品放入缓冲池
        in=(in+1)%n;//指针后移
        signal(mutex);//释放资源，v操作 
        signal(full);    
    }
} 

消费者：

int n=0,out=0;
item buffer[n];
semaphore mutex=1,empty=n,full=0;//缓冲池一个，空缓冲区n个，满缓冲区0个
void consumer(){
    while(1){
        wait(full);//先对缓冲区执行p操作，如果full执行之前为0，则阻塞，不必在执行后面的
        wait(mutex);//减缓冲池
        buffer[in]=nextp;//将消费的产品放入缓冲池
        out=(out+1)%n;//指针后移
        signal(mutex);//释放资源，v操作 
        signal(full);        
        }
}  

其中，mutex信号量保证了消费者和生产者对缓冲池的互斥访问，即在消费者（或生产者）释放资源之前， 消费者（或者生产者）不能再利用缓冲池。

（3）信号量值的意义：

例如：设某一个信号量的初始值为1，进行一次p操作后变为0，此时，已经没有资源了，但是没有进程处于阻塞；

           进行第二次操作后，变为-1，表示已经没有资源了，并且另外一个进程处于阻塞状态；

           初始值1表示可用资源数量。