操作系统学习笔记--进程同步(生产者-消费者问题)

    一组生产者进程生产产品给一组消费者进程消费。为使它们并发执行,设一个有n个缓冲区的缓冲池(暂时作缓冲的存储区,比缓冲区大,由n个缓冲区构成),生产者一次向一个缓冲区中投入消息,消费者从一个缓冲区中取得消息。生产者-消费者问题实际上是相互合作进程关系的一种抽象。(提供数据的是生产者,使用数据的是消费者)

    制约关系。不允许消费者进程到一个空缓冲区(不是没有数据,是数据无效(垃圾数据))中取出产品;不允许生产者进程到一个已满且还没被取走的缓冲区中投放产品(如果操作,则会(不小心)删除有效数据)。

    用记录型信号量(一个整型数加一个链表)解决生产者-消费者问题

    设有n个缓冲区,每个缓冲区存放一个消息,用互斥信号量mutex对缓冲池实现互斥访问。生产者和消费者进程不能同时使用缓冲池(即有同步,又有互斥)

    利用资源信号量(用来作同步用的,初值大于等于0,empty初值为n,full初值为0)empty和full分别表示缓冲池中空缓冲区及满缓冲区的数量,又假定这些生产者和消费者相互等效,只要缓冲池未满,生产者便可将消息送入缓冲池 ;只要缓冲池未空,消费者便可从缓冲池取走一个消息。

    Var mutex://mutex针对缓冲池互斥

    semaphore :=1;

    empty:semaphore :=n;

    full:semaphore :=0;

    buffer:array[0,...,n-1] of item; //array对应n个缓冲区,下标记 :下一个数据放那个位置。 item数据项信息(由生产者生产的一个数据)

    in,out : integer :=0,0;//in用来代表放入数据的地址,out用来记取出数据的地址(buffer数组的下标)

    生产者进程:(循环生产数据)。按回车做为一个输入单位,存放一个缓冲区

    Procedure:

    begin repeat ...

    produce an item nextp;...

    wait(empty) //empty是一种资源信号量,用于同步,判断空缓冲区的个数,申请成功,则empty-1

    wait(mutex) //mutex 用于互斥,判断这一时刻有没有消费者进程往里拿

    Buffer(in) := nextp; //放入下一个产品

    in := (in+1) mod n;//对n取余


    signal(mutex);//释放缓冲池资源,消费者进程可以取了

    signal(full);//将full资源信号量加1,满缓冲区的数量多了一个

    until false; end;

    缓冲池是临界资源,是生产者和消费者之间的临界资源,对临界资源访问的代码叫做临界区。


消费者进程:

    Consumer: //一次取出数据(安全地)

    repeat    

        wait(full);//申请一个满的缓冲区,

        wait(mutex);//申请缓冲池,判断目前有没有生产者使用缓冲池

        //临界区 ---开始

        nextpc := Buffer(out); //将缓冲区中下标out的数值取出做下一个消费品

        out := (out + 1) mod n;

        //临界区 ---结束

        //退出区---开始

        signal(mutex); //释放缓冲池,代表生产者可以往里放了

        signal(empty);//释放一个空缓冲区,空缓冲区多了一个

        //退出区---结束

        //剩余区---开始

        Consumer the item in nextc;

        until false;

         end;

        //剩余区---end

    注意:每个程序中互斥的wait(mutex)和signal(mutex)必须成对出现。对资源信号量empty和full的P、V操作成对出现,但它们分别处于不同的程序中,例如P在计算进程中,而V则在打印进程中,计算进程若因执行P而阻塞,则以后将由打印进程将它唤醒。(不是自己唤醒自己,是别人唤醒自己,P、V操作在不同的进程中)

    每个程序中的P操作顺序不能颠倒。应先执行对资源信号量的P操作,然后再执行对互斥信号量的P操作,否则可能引起进程死锁。(v操作(在退出区)可以颠倒,P操作(在进入区)不可颠倒)

        


    

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