文章目錄

• • • • 0.前言
      • 1.生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題
      • • （1）問題描述
        • （2）問題分析
        • （3）如何實現(xiàn)？
        • （4）實現(xiàn)互斥的P操作一定要在實現(xiàn)同步的P操作之后
        • （5）知識回顧與重要考點
      • 2.多生產(chǎn)者-多消費(fèi)者問題
      • • （1）問題描述
        • （2）問題分析
        • （3）實現(xiàn)方法
        • • ① 有mutex
          • ② 無mutex
          • ③ 為什么有mutex和沒有mutex一樣呢？
          • ④ 如果有兩個盤子plate
        • （4）知識總結(jié)與重要考點
      • 3.讀者-寫者問題
      • • （1）問題描述
        • （2）問題分析
        • （3）實現(xiàn)方法
        • • ① 給count加mutex互斥訪問
          • ② 加一個w實現(xiàn)“讀寫公平法”
        • （4）知識回顧與重要考點
      • 4.吸煙者問題
      • • （1）問題描述
        • （2）問題分析
        • （3）實現(xiàn)方法
        • （4）知識回顧與重要考點
      • 5.哲學(xué)家進(jìn)餐問題
      • • （1）問題描述
        • （2）問題分析
        • （3）如何實現(xiàn)
        • （4）知識回顧與重要考點

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0.前言

• 同步時，前V后P。

1.生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題

（1）問題描述

• 系統(tǒng)中有一組生產(chǎn)者進(jìn)程和一組消費(fèi)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(fèi)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(fèi)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(fèi)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。

（2）問題分析

• 1)關(guān)系分析。生產(chǎn)者和消費(fèi)者對緩沖區(qū)互斥訪問是互斥關(guān)系，同時生產(chǎn)者和消費(fèi)者又是一個相互協(xié)作的關(guān)系，只有生產(chǎn)者生產(chǎn)之后,消費(fèi)者才能消費(fèi)，它們也是同步關(guān)系。
• 2)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(fèi)者每次要消耗(P）一個產(chǎn)品，并釋放一個空閑緩沖區(qū)(V)。
  往緩沖區(qū)放入/取走產(chǎn)品需要互斥。
• 3)信號量設(shè)置。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)

（3）如何實現(xiàn)？

（4）實現(xiàn)互斥的P操作一定要在實現(xiàn)同步的P操作之后

（5）知識回顧與重要考點

2.多生產(chǎn)者-多消費(fèi)者問題

（1）問題描述

（2）問題分析

（3）實現(xiàn)方法

① 有mutex

② 無mutex

③ 為什么有mutex和沒有mutex一樣呢？

• 原因在于:本題中的緩沖區(qū)大小為1，在任何時刻，apple、 orange、 plate 三個同步信號量中最多只有一個是1。因此在任何時刻，最多只有一個進(jìn)程的P操作不會被阻塞，并順利地進(jìn)入臨界區(qū)…

④ 如果有兩個盤子plate

（4）知識總結(jié)與重要考點

• 總結(jié):在生產(chǎn)者_(dá)消費(fèi)者問題中，如果緩沖區(qū)大小為1，那么有可能不需要設(shè)置互斥信號量就可以實現(xiàn)互斥訪問緩沖區(qū)的功能。當(dāng)然，這不是絕對的，要具體問題具體分析。
• 建議:在考試中如果來不及仔細(xì)分析，可以加上互斥信號量，保證各進(jìn)程一定會互斥地訪問緩沖區(qū)。但需要注意的是，·實現(xiàn)互斥的P操作一定要在實現(xiàn)同步的P操作之后·，否則可能引起·“死鎖”·。

3.讀者-寫者問題

（1）問題描述

（2）問題分析

（3）實現(xiàn)方法

① 給count加mutex互斥訪問

• 這里說一下為什么要加mutex。
• 比如：當(dāng)count=0時，第一個讀者進(jìn)程執(zhí)行到p(rw),rw=0,假設(shè)此時時間片到了，切換到第二個讀者進(jìn)程,第二個進(jìn)程發(fā)現(xiàn)count=0,則執(zhí)行p(rw)，但是此時rw=0，于是第二個進(jìn)程被堵在p（rw）這里，同理，后面的可能會有多個進(jìn)程堵在p(rw)，只有當(dāng)?shù)谝粋€進(jìn)程再次獲得時間片，執(zhí)行count++,讓count不為0，然后其他進(jìn)程就可以直接繞過if直接進(jìn)行count++來訪問文件，但是第三個讀者進(jìn)程和后面的幾個可能堵在p(rw)的多個讀者進(jìn)程則必須得等count–為0后才可以再次和寫進(jìn)程競爭來訪問文件，對count的訪問沒有做到一氣呵成，會導(dǎo)致本來一些進(jìn)程一直堵在p（rw）。
  

② 加一個w實現(xiàn)“讀寫公平法”

• 在上面的算法中，讀進(jìn)程是優(yōu)先的，即當(dāng)存在讀進(jìn)程時，寫操作將被延遲，且只要有 一個讀進(jìn)程活躍，隨后而來的讀進(jìn)程都將被允許訪問文件。這樣的方式會導(dǎo)致寫進(jìn)程可能長時間等待，且存在寫進(jìn)程“餓死”的情況。
• 若希望寫進(jìn)程優(yōu)先，即當(dāng)有讀進(jìn)程正在讀共享文件時，有寫進(jìn)程請求訪問，這時應(yīng)禁止后續(xù)讀進(jìn)程的請求，等到已在共享文件的讀進(jìn)程執(zhí)行完畢，立即讓寫進(jìn)程執(zhí)行，只有在無寫進(jìn)程執(zhí)行的情況下才允許讀進(jìn)程再次運(yùn)行。為此，增加一個信號量并在上面程序的writer()和 reader()函數(shù)中各增加一對PV操作，就可以得到寫進(jìn)程優(yōu)先的解決程序。
  

（4）知識回顧與重要考點

4.吸煙者問題

（1）問題描述

（2）問題分析

（3）實現(xiàn)方法

（4）知識回顧與重要考點

5.哲學(xué)家進(jìn)餐問題

（1）問題描述

（2）問題分析

（3）如何實現(xiàn)

（4）知識回顧與重要考點

參考：https://www.bilibili.com/video/BV1YE411D7nH?p=26

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2.3.6 操作系统之进程同步与互斥经典问题（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）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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