[进程同步]—生产者与消费者问题

生产者与消费者问题

PV操作是用来操作信号量的。
- P：等待——wait——减法作用——阻塞作用
- V：释放——signal——加法作用——唤醒作用
- S.value > 0 ：有空闲CPU；
  
  S.value = 0：CPU刚好用完；
  
  S.value < 0：进程等待；
  - P操作
```
void wait(S)
{
    S.value--;
    if (S.value < 0)
    {
        加入阻塞队列;
    }
}
```
  - V操作
```
void signal(S)
{
    S.value++;
    if (S.value <= 0)
    {
        唤醒阻塞队列第一个进程;
    }
}
```

解题思路：

1.画图理解题目
2.判断题目类型
3.分析进程数目，填写进程模板
4.补充基本代码
5.补充P,V代码
6.调整代码

例：爸爸往桌子上每次放一个苹果，儿子每次从桌子上拿一个苹果，放苹果和拿苹果不能同时进行，桌子上最多放10个苹果，用PV操作实现同步互斥。
- 分析：爸爸——生产者——剩余空间(empty) = 10
  
  儿子——消费者——已占用空间(full) = 0
  
  信号量S = 1，用来实现互斥。
- 特征：①容器 ≤ 容量
  
  ②生产消费
- 伪代码
```
Dad()
{
    while(1)
    {
        P(empty);//判断盘子是否已满
        P(S);
        放苹果；
        V(S);
        V(full);//对已占用空间+1
    }
}
```
```
Son()
{
    while()
    {
        P(full);//判断盘子是否为空
        P(S);
        取苹果;
        V(S);
        V(empty);//对盘子剩余空间+1
    }
}
```

例：桌子上有个盘子，每次只能放一个水果，妈妈放橘子，爸爸放苹果，儿子吃橘子，女儿吃苹果。盘子为空，爸爸或妈妈才能放水果，盘子有水果时，儿子和女儿才能取水果。

分析:
初始值：orange = 0

apple = 0

plate = 1

S = 1

伪代码

Mom()
{
    while(1)
    {
        P(plate);
        P(S);
        放橘子;
        V(S);
        V(orange);
    }
}

Dad()
{
    while(1)
    {
        P(plate);
        P(S);
        放苹果;
        V(S);
        V(apple);
    }
}

Son()
{
    while(1)
    {
        P(orange);
        P(S);
        取橘子;
        V(S);
        V(plate);
    }
}

Daughter()
{
    while(1)
    {
        P(apple);
        P(S);
        取苹果;
        V(S);
        V(plate);
    }
}

操作同一个对象的时候，使用信号量S来实现互斥。

[2015—408统考]
- 有A,B两个人通过信箱辩论，每个人都从自己的信箱取得对方的问题，将答案和新问题组成一个邮件放入对方的信箱中。假设A的信箱可装M封邮件，B的信箱可装N封邮件。初始时A信箱有X封，B信箱有Y封，，辩论者每次只取一封邮件。请用P,V操作实现，并解释信号量的初始值和含义。
  - 分析：生产者A——B的剩余空间
    
    生产者B——A的剩余空间
    
    消费者A——自己邮箱还有多少封信
    
    消费者B——自己邮箱还有多少封信
    
    full-A：A信箱有多少封邮件
    
    empty-A：A信箱的容量
    
    full-B：B信箱有多少封邮件
    
    empty-B：B信箱的容量
    
    mutex-A：A信箱的信号量
    
    mutex-B：B信箱的信号量
  - 初始值：mutex-A = 1，mutex-B = 1
    
    full-A = x ， empty-A = M - X
    
    full-B = y， empty-B = N - y
```
A()
{
    while(1)
    P(full-A);
    P(mutex-A);
    从自己邮箱取信;
    V(mutex-A);
    V(empty-A);
    读信;
    P(empty-B);
    P(mutex-B);
    向B邮箱投信;
    V(mutex-B);
    V(full-B);
}
```
```
B()
{
    while(1)
    P(full-B);
    P(mutex-B);
    从自己邮箱取信;
    V(mutex-B);
    V(empty-B);
    读信;
    P(empty-A);
    P(mutex-A);
    向A邮箱投信;
    V(mutex-A);
    V(full-A);
}
```

[2014—408统考]

例：系统中有多个生产者和消费者，共享一个能存放1000件产品的环形缓冲区(初始为空)。当缓冲区未满时生产者可放入生产的一个产品，否则等待。当缓冲区未空时，消费者进程可取走一件产品，否则等待。要求一个消费者从缓冲区连续取10件产品后，其他消费者才能取走产品。请用P，V操作实现该流程并解释信号量含义。 [进程同步]—生产者与消费者问题

分析：生产者（j）—剩余空间

生产者（i）—剩余空间

消费者（m）—物件数量

消费者（n）—物件数量
初始值：empty = 1000;

full = 0;

mutex = 1;

mutex1 = 1;

j()
{
    while(1)
    {
        P(empty);
        P(mutex);
        放一件产品;
        V(mutex);
        V(full);
    }
}

i()
{
    while(1)
    {
        P(empty);
        P(mutex);
        放一件产品；
        V(mutex);
        V(full);
    }
}

m()
{
    while(1)
    {
        P(mutex1);
        for(int i = 0;i < 10;i++)
        {
            P(full);
            P(mutex);
            取一件物品；
            V(mutex);
            V(empty);
        }
        V(mutex1);
    }
}

n()
{
    while()
    {
        P(mutex1);
        for(int i = 0;i < 10;i++)
        {
            P(full);
            P(mutex);
            取一件物品；
            V(mutex);
            V(empty);
        }
        V(mutex1);
    }
}

上述代码中，m和n，i和j的代码一样，所以合并m和n，i和j。