操作系统——信号量方法——生产者和消费者问题

1.问题描述
有一群生产者进程在生产产品，并将这些产品提供给消费者进程去消费。
为使生产者进程与消费者进程能并发执行，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区中； 消费者进程可从一个缓冲区中取走产品去消费。

2.存储结构

缓冲池中有很多缓冲区，数据存放在缓冲区
缓冲区：

3.执行方法：

4.变量分析：
（1）指针
由于这里的缓冲池是组织成循环缓冲的，故应把输入指针加1表示成 in∶=(in+1)mod n；输出指针加1表示成out∶=(out+1) mod n。
指针in和out初始化为1。
（2）产品数：
还引入了一个整型变量counter, 其初始值为0。每当生产者进程向缓冲池中投放一个产品后，使counter加1；反之，每当消费者进程从中取走一个产品时， 使counter减1。
(3)空指令
no-op是一条空操作指令，while condition do no-op语句表示重复的测试条件(condication)，重复测试应进行到该条件变为false(假)，即到该条件不成立时为止
(4)局部变量：
在生产者进程中使用一局部变量nextp，用于暂时存放每次刚生产出来的产品；而在消费者进程中，则使用一个局部变量nextc,用于存放每次要消费的产品。

5.过程分析：
（1）基本过程：

代码描述：

（2）生产者+生产者：

即：如果有两个生产者进程P1,P2.需要互斥地访问，否则会丢数据(因为共享in指针)
（3）消费者+消费者：

即：如果有两个消费者进程P3,P4.需要互斥的访问，否则会读到空数据（因为共享out指针）
（4）生产者+消费者：

即：如果有一个生产者进程，一个消费者进程P2，P3,需要互斥的访问，否则count出错，（count指针）

6.结论：
如果有两个生产者进程P1,P2.需要互斥地访问，否则会丢数据(因为共享in指针)
如果有两个消费者进程P3,P4.需要互斥的访问，否则会读到空数据（因为共享out指针）
如果有一个生产者进程，一个消费者进程P2，P3,需要互斥的访问，否则count出错，（count指针）
说明了缓冲池是一个临界资源，无论什么样的资源都需要互斥地访问——信号量X=1

就可以有如下进程：

7.问题分析：
因为：
消费者不能访问空缓冲池；
生产者不能访问满缓冲池。

所以做如下规范：
定义两个信号量：
（前提：建设初始缓冲区是空的）
E（无数据的单元）=n（初值）；//剩余缓冲区的个数
F（有数据的单元）=0（初值）；//已占用缓冲区的个数
说明了消费者和生产者既互斥又同步
就有如下进程：

8.可以转换为AND型：