2015年考研核心考点命题思路解密——操作系统 第2章 进程管理 PV算法 文件打印问题 生产者——消费者问题
3. 生产者-消费者问题
用一个数组表示具有n个缓冲区的缓冲池；用输入指针in，指示下一个可投放消息的缓冲区；用输出指针out，指示下一个可获取消息的缓冲区，利用记录型信号量解决资源使用问题。
3. 【解析】本题可用PV操作“五步曲”来解答，解题过程如下：
第一步：找进程
l 生产者
l 消费者
第二步：找操作
(1). 生产者
l 生产一个数据
l 将数据放入in指针指向的缓冲区
(2). 消费者
(3). 从out指针指向的缓冲区读取数据
(4). 消费数据
第三步：找关系
l 只有缓冲区有空闲，生产者才能将生产的数据放入（空闲）缓冲区中。
l 只有缓冲区有数据，消费者才能取数据（来消费）。
第四步：找初值
l n个缓冲区，可用信号量empty表示，初值为全部为空，即为n。此时生产者可以有n个空闲的缓冲区用来存放数据，消费者初始状态下没有直接消费的数据，需等待。
l 设full表示当前已经被生产者生产和放入数据的缓冲区数量，初始值为0。
l 缓冲区必须互斥访问，所以，设置互斥信号量mutex，初值为1。
l 用一个数组buffer，用来表示缓冲区。
l 两个指针in和out，in指针指向生产者可以直接存放生产数据的缓冲区，out指针指向消费者可以直接消费生产者生产好的数据的缓冲区。
【注意】buffer数组是用来表示缓冲区的，而empty和full是用来表示缓冲区的空闲和使用情况的，这二者不一样，请读者仔细体会。
第五步：写算法
PV算法如下：
Var mutex, empty,full:semaphore∶=1, n, 0; //三个信号量
buffer:array［0, …, n-1］ of item; //n个缓冲区
in, out: integer:=0, 0; //生产者和消费者指针
begin
parbegin
生产者进程:
begin
repeat
…
produce an item nextp; //生产一个产品（数据）放入nextp
…
wait(empty); //看看有没有空闲的缓冲区
wait(mutex); //有空闲的缓冲区
buffer(in):=nextp; //把nextp中的产品送往buffer(in);
in:= (in+1) mod n; //in指针指向下一个位置
signal(mutex); //释放互斥信号
signal(full); //满缓冲区加1
until false;
end
消费者进程:
begin
repeat
wait(full); //消费者看看有没有满的缓冲区
wait(mutex); //有满的缓冲区
nextc:=buffer(out); //从buffer(out)中取出产品放入nextc
out:= (out+1) mod n; //out指针指向下一个位置
signal(mutex); //释放缓冲区互斥访问信号
signal(empty); //空闲缓冲区的数量加1
…
consume the item in nextc; //消费nextc中的产品
until false;
end
parend
end
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