同步和互斥——生产者和消费者进程版

一、同步和互斥的概念

什么是同步？什么是互斥？

同步是一种时序关系。如规定了进程１处理完事情Ａ后，进程２才能处理事情Ｂ，经典的同步问题是生产者和消费者间的同步．

互斥描述的是一种独占关系．如任一时刻，进城１和进程２中只能有一个写文件Ｃ．

有人说互斥是一种特殊的同步，同步是一种更为复杂的互斥关系（见＂　http//topic.youkuaiyun.com/t/20020711/17/867228.html＂），但我不这么认为！

首先上面的言论是矛盾的，如果A和B互相包含，那A只能等于B，而同步和互斥显然是不等的。从前面的描述可以看出，同步和互斥是你中有我，我中有你的关系。当然如果你要从更广义地角度来说互斥是一种特殊的同步，我也没办法，毕竟我们的程序正确运行的前提就是同步。

 

二、生产者和消费者的问题分析

生产者和消费者的解答网络上有多种线程版本，但却没看到进程版本，所以我就来填补这一“空白”了。PS：使用进程版本的另一个重要原因是，想顺便复习下共享内存。

我们使用信号量来同步，用一个整型数组来当缓冲区。很显然这两者都要能够在各生产者和消费者进程间全局可见，所以我们用共享内存来实现他们。

生产者和消费者问题从易到难有三种。

 

1.         一个生产者和一个消费者，公用一个缓冲区

解决办法，定义两个信号量。

empty：表示缓冲区是否为空，初值为1，生产者用它来判断缓冲区是否可写。

full：表示缓冲区是否为满，初值为0，消费者用它来判断缓冲区是否可读。

producer（生产者）的伪码：

while(1)

{

P(empty);

写缓冲区;

V(full);

}

consumer（消费者）的伪码：

while(1)

{

P(full);

写缓冲区;

V(empty);

}

 

2.   一个生产者和一个消费者，公用m个环形缓冲区

分析过程与第一种情况类似，直接看伪码。

producer（生产者）的伪码：

while(1)

{

P(empty); /* empty初值为m */

写第in个缓冲区; /* in用来指示当前的第一个可写的缓冲区的下标，初值设为0。 */

in = (in+1)%m;

V(full);

}

consumer（消费者）的伪码：

while(1)

{

P(full); /* full初值为0 */

读第out个缓冲区; /* out用来指示当前的第一个可读的缓冲区的下标，初值设为0。 */

out = (out+1)%m;

V(empty);

}

 

3.      一组生产者和一组消费者，公用m个环形缓冲区

相比第2种情况，我们所要做的是用两个互斥变量mutex_producer和mutex_consumer，来实现各生产者间、各消费者间互斥地访问某个缓冲区。

producer（生产者）的伪码：

while(1)

{

P(empty); /* empty初值为m */

P(mutex_producer);

写第in个缓冲区; /* in用来指示当前的第一个可写的缓冲区的下标，初值设为0。 */

in = (in+1)%m;

V(mutex_producer);

V(full);

}

 

consumer（消费者）的伪码：

while(1)

{