生产者与消费者问题

生产者与消费者问题：

 

（一）定义：

一组生产者向一组消费者提供产品的问题，生产者与消费者共享一个缓冲区，生产者向其中放产品，消费者从中取产品。

（二）解析：

1.生产者只有存在空闲的缓冲区单元时才可以向其中放产品，令空闲缓冲区的信号量为empty;

2.消费者只有存在满缓冲区时才可以取产品，令满缓存区的信号量为full.

3.缓冲区为一个临界资源，使用一个互斥信号量mutex来保证生产者和消费者不能同时访问缓冲区。

（三）注意：

1.full+empty=缓冲区的个数；

2.如果缓冲区单元的个数>1，则需要设置互斥信号量；

如果缓冲区的单元个数只有1个，则可以不设置互斥信号量；与生产者，消费者的人数无关。

3.先后顺序1：

向缓冲区放产品->从缓冲区取产品：

所以：向缓冲区放产品，V(full),P(full),从缓冲区取产品；

V(full)为发生消息，P(full)为接受消息；

4.先后顺序2：

从缓冲区取产品->向缓冲区放产品；

所以：从缓冲区取产品，V(empty),P(empty),向缓冲区放产品；

V发送消息，P接受消息。

5.对临界资源的保护：

P->临界资源->V

6.生产者，消费者问题是典型的进程同步的问题；

（四）实现：

/*多个生产者，多个消费者，n个缓冲区单元*/

Semaphore full=0;//满缓冲区单元个数

Semaphore empty=n;//空缓冲区单元个数

Semaphore mutex=1;//控制对临界区的互斥信号量

main(){

 

 producer();

 consumer();

}

//生产者进程

producer(){

 while(1){

  生产一个产品produce；

  p(empty);//空单元个数-1

  p(mutex);//保护临界资源

  buffer[i]=produce;//将产品放入缓冲区；

  i=(i+1)%n;

  v(mutex);

  v(full);//满单元个数+1；

 }

}

//消费者进程

consumer(){

 while(1){

  p(full);//满单元个数-1

  p(mutex);//保护临界资源

  producer=buffer[out];//从缓冲区中取一个产品

  out=(out+1)%n;

  v(mutex);

  v(empty);

 }

}

（五）拓展：

（1）拓展一：

1）问题：

一个生产者，一个消费者，一个缓冲区单元；

2）实现：

Semaphore empty=1;

Semaphore full=0;

main(){

 producer();

 consumer();

}

//生产者进程：

producer(){

 while(1){

  p(empty);

  向缓冲区放产品；

  v(full);

 }

}

//消费者进程：

consumer(){

 while(1){

  p(full);

  从缓冲区取产品；

  f(empty)；

 }

}

3）分析：

因为只有一个缓冲区单元，所以生产者与消费者不可能同时访问缓冲区，所以不需要设置互斥变量保护缓冲区，与生产者，消费者个数无关。

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（2）拓展二：

1）问题：

多个生产者，一个消费者，一个缓冲区单元：

2）实现：

同上

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（3）拓展三：

1）问题：

一个生产者，一个消费者，n个缓冲区单元；

2）实现：

同多个生产者，多个消费者，n个缓冲区单元；

3）分析：

如果不设置mutex互斥信号量对缓冲区保护，则是错误的，即使消费者，生产者只有一个。

如：消费者放一个产品，然后消费者再放入一个产品，此时full=2;

如果此时消费者与生产者同时访问缓冲区，由于没有mutex互斥信号量的保护，所以可以同时访问缓冲区。

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（六）生产者，消费者变形：
http://blog.csdn.net/legend050709/article/details/39031821