生产者-消费者问题（三个进程P1、P2、P3互斥使用一个包含N个单元的缓冲区）

原创已于 2024-05-08 18:43:17 修改 · 1w 阅读

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于 2021-10-07 11:03:03 首次发布

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本文探讨了如何使用信号量解决P1、P2、P3三个进程之间的同步与互斥问题。通过设置空位信号量empty、奇数信号量odd和偶数信号量even，确保生产者写入数据并按奇偶性通知读者，同时保持互斥访问缓冲区。关键点包括互斥锁mutex的应用和避免读者-写者混淆。

1.问题描述

在这里插入图片描述

2.问题分析

同步问题：
（1）包含N个缓冲区单元，有空位置时才能写，即P1、P2、P3共享缓冲区空位，设置同步信号量empty；
（2）存在奇数时才能读出奇数，P1、P2共享奇数缓冲区，设置同步信号量odd；
（3）存在偶数时才能读出偶数，P1、P3共享偶数缓冲区，设置同步信号量even。
互斥问题：
三个进程彼此之间互斥的访问缓冲区，设置互斥信号量mutex。

3.注意事项

1.不要误认为是读者-写者问题，注意这里P2、P3之间也是互斥的，而读者之间的访问可以同时，这里只是单生产者多消费者问题；
2.对缓冲区的互斥访问使用mutex变量对三个进程进行约束即可，不需要在P2、P3之间单独添加约束变量。

4.伪代码实现

Shared Data:

semaphore mutex=1;//互斥访问共享缓冲区;
semaphore empty=N;//共享缓冲区同步信号量
semaphore odd=0;//奇数缓冲区同步信号量
semaphore even=0;//偶数缓冲区同步信号量

The P1 Process

 	do{
        int num=produce();//生产一个数据num
 
        wait(empty);//消耗掉一个空单元
        wait(mutex);//互斥访问缓冲区;
        
        put(num);//将数据num放入缓冲区
        
        signal(mutex);
        if(num%2!=0)//奇数
            signal(odd);
        else//偶数
            signal(even);
    }while(true);

The P2 Process

  do{
        wait(odd);//有奇数时才能取出奇数
  		wait(mutex);//互斥访问缓冲区
       
        getodd();//取出奇数
        
        signal(mutex);
        signal(empty);//产生一个空单元
      
        countodd();//奇数个数加一
    }while(true);

The P3 Process

  do{
        wait(even);//有偶数时才能取出偶数
        wait(mutex);
        
        geteven();
        
        signal(mutex);
        signal(empty);
      
        counteven();
    }while(true);