[进程同步]—生产者与消费者问题

小飞侠YF
207 阅读3分钟

本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。

 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:

image.png

​ 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。

image.png

  • 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。
avatar
文章
阅读
粉丝