文章目錄

• 前言
• 問題描述
• 如何實現(xiàn)
• 思考：能否改變相鄰P、V操作的順序?
• 知識回顧與重要考點

前言

此篇文章是我在B站學(xué)習(xí)時所做的筆記，大部分圖片都是課件老師的PPT，方便復(fù)習(xí)用。此篇文章僅供學(xué)習(xí)參考。

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提示：以下是本篇文章正文內(nèi)容

問題描述

系統(tǒng)中有一組生產(chǎn)者進(jìn)程和一組消費者進(jìn)程，生產(chǎn)者進(jìn)程每次生產(chǎn)一個產(chǎn)品放入緩沖區(qū)，消費者進(jìn)程每次從緩沖區(qū)中取出一個產(chǎn)品并使用。（注：這里的“產(chǎn)品”理解為某種數(shù)據(jù))

• 生產(chǎn)者、消費者共享一個初始為空、大小為n的緩沖區(qū)。
• 只有緩沖區(qū)沒滿時，生產(chǎn)者才能把產(chǎn)品放入緩沖區(qū)，否則必須等待。
• 只有緩沖區(qū)不空時，消費者才能從中取出產(chǎn)品，否則必須等待。
• 緩沖區(qū)是臨界資源，各進(jìn)程必須互斥地訪問。

解釋：
在剛開始，由于這個緩沖區(qū)全部是空的，所以生產(chǎn)者進(jìn)程可以生產(chǎn)一些產(chǎn)品，把它放入到這個緩沖區(qū)當(dāng)中。那一直到這個緩沖區(qū)被充滿了之后，如果此時生產(chǎn)者進(jìn)程，它還想繼續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品，并且把它充入緩沖區(qū)的話，那這個行為很顯然應(yīng)該是被阻止的，因為此時緩沖區(qū)的這些數(shù)據(jù)已經(jīng)被裝滿了，那只有這個緩沖區(qū)騰出別的空閑的空間之后，生產(chǎn)者進(jìn)程才可以繼續(xù)往里邊放出去，所以在這個時候，只能切換為消費者進(jìn)程來消費這些數(shù)據(jù)，也就是從緩沖區(qū)當(dāng)中取走其中的一些產(chǎn)品或者說數(shù)據(jù)，只要緩沖區(qū)當(dāng)中有一個或者大于一個的空閑的空間，那么此時就可以喚醒生產(chǎn)者進(jìn)程，讓他從阻塞態(tài)又重新回到就緒隊列，當(dāng)然這個喚醒并不意味著生產(chǎn)者進(jìn)程就立即回處理機運行，它只是回到了就緒隊列而已，所以接下來有可能是消費者進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行那么每一次每一輪執(zhí)行都會從緩沖區(qū)取走一輪，并且使用，那一直到這個緩沖區(qū)被取空了之后，如果此時消費者進(jìn)程還繼續(xù)嘗試從緩沖區(qū)當(dāng)中取走產(chǎn)品的話，那由于此時已經(jīng)為空了，那么這個時候這個取產(chǎn)品的行為，應(yīng)該是被阻止了，所以消費者進(jìn)程應(yīng)該被阻塞，而只有生產(chǎn)的進(jìn)程再往里邊放數(shù)據(jù)的時候，消費者進(jìn)程才可以在重新被喚醒，又重新回到了就是就緒隊列，這個緩沖區(qū)它屬于一種臨界資源，各個進(jìn)程是必須互斥的訪問的，假如說我們的這個系統(tǒng)當(dāng)中有兩個生產(chǎn)者競爭，那此時這兩個生產(chǎn)者進(jìn)程在檢查了之后，發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)的這些位置，每個地方都是空的，那這個生產(chǎn)者進(jìn)程他可能就往這個位置，充入了一個它自己的產(chǎn)品，也就是數(shù)據(jù)，而另一個生產(chǎn)者進(jìn)程在之前的那個檢查當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)這個緩沖區(qū)所有的地方都是空的，那么在并發(fā)的環(huán)境下，就有可能導(dǎo)致這個生產(chǎn)者進(jìn)程，它同時也在檢查了之后，也往這個地方充入了一個數(shù)據(jù)，所以這就導(dǎo)致了前者的數(shù)據(jù)背后的數(shù)據(jù)給覆蓋的情況，因此我們是必須保障緩沖區(qū)是被互斥地訪問的。

PV操作題目分析步驟：

關(guān)系分析。找出題目中描述的各個進(jìn)程，分析它們之間的同步、互斥關(guān)系。

整理思路。根據(jù)各進(jìn)程的操作流程確定P、V操作的大致順序。

生產(chǎn)者每次要消耗（P）一個空閑緩沖區(qū)，并生產(chǎn)（V）一個產(chǎn)品。
消費者每次要消耗（P）一個產(chǎn)品,并釋放一個空閑緩沖區(qū)（V)。
[第一個P和第二個V是一對，第二個P和第一個V是一對]
往緩沖區(qū)放入/取走產(chǎn)品需要互斥。

設(shè)置信號量。設(shè)置需要的信號量，并根據(jù)題目條件確定信號量初值。(互斥信號量初值一般為1，同步信號量的初始值要看對應(yīng)資源的初始值是多少)

如何實現(xiàn)

思考：能否改變相鄰P、V操作的順序?

• 若此時緩沖區(qū)內(nèi)已經(jīng)放滿產(chǎn)品，則empty=0，full=n。
• 則生產(chǎn)者進(jìn)程執(zhí)行①使mutex變?yōu)?，再執(zhí)行②，由于已沒有空閑緩沖區(qū)，因此生產(chǎn)者被阻塞。由于生產(chǎn)者阻塞，因此切換回消費者進(jìn)程。消費者進(jìn)程執(zhí)行③，由于mutex為0，即生產(chǎn)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(chǎn)者等待消費者釋放空閑緩沖區(qū)，而消費者又等待生產(chǎn)者釋放臨界區(qū)的情況，生產(chǎn)者和消費者循環(huán)等待被對方喚醒，出現(xiàn)“死鎖”。
• 同樣的，若緩沖區(qū)中沒有產(chǎn)品，即full=0，empty=n。按③④①的順序執(zhí)行就會發(fā)生死鎖。

因此，實現(xiàn)互斥的P操作一定要在實現(xiàn)同步的P操作之后。 V操作不會導(dǎo)致進(jìn)程阻塞，因此兩個V操作順序可以交換。

接下來我們再來考慮第三個問題：生產(chǎn)者生產(chǎn)產(chǎn)品和消費者使用產(chǎn)品。這兩個操作，它們都是放在各自的這些pv操作之外的，那這些操作能不能放到pv操作之內(nèi)呢？

答：其實邏輯上來看是沒有問題的，我們可以讓消費者從緩沖區(qū)取出一個產(chǎn)品之后，就立即緊接著使用產(chǎn)品。但這會導(dǎo)致臨界區(qū)的這個代碼量變大，那么消費者進(jìn)程在訪問臨界區(qū)的過程當(dāng)中，就需要耗費更長的時間。那如果此時有別的進(jìn)程也想訪問臨界區(qū)的話，它是會被阻塞的，所以說如果把這些非必要的代碼把它也放到臨界區(qū)內(nèi)的話，就顯然會導(dǎo)致進(jìn)程之間的并發(fā)度降低，所以對于這兩部分的大碼，我們最好不要放到pv操作之間。

知識回顧與重要考點

PV操作題目的解題思路:

關(guān)系分析。找出題目中描述的各個進(jìn)程，分析它們之間的同步、互斥關(guān)系。

整理思路。根據(jù)各進(jìn)程的操作流程確定P、V操作的大致順序。

設(shè)置信號量。設(shè)置需要的信號量，并根據(jù)題目條件確定信號量初值。(互斥信號量初值一般為1，同步信號量的初始值要看對應(yīng)資源的初始值是多少)

• 生產(chǎn)者消費者問題是一個互斥、同步的綜合問題。
• 對于初學(xué)者來說最難的是發(fā)現(xiàn)題目中隱含的兩對同步關(guān)系。
• 有時候是消費者需要等待生產(chǎn)者生產(chǎn)，有時候是生產(chǎn)者要等待消費者消費，這是兩個不同的“一前一后問題”，因此也需要設(shè)置兩個同步信號量。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的生产者-消费者问题（有例题！！！）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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