5.P、V操作和消费者问题

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用信号量实现互斥

Var mutex:semaphoer:=1;
	Begin
		Parbegin
		Process1:begin		//第一个进程
				repeat
					wait(mutex);
					critical section
					signal(mutex);
					remainder section
				until false;
					end;
		Process2:begin		//第二个进程
			repeat
				wait(mutex);		//申请资源
				critical section	//使用临界区
				singal(mutex);	//释放资源
				remainder section	//剩余区代码
			until false;
			end
	Parend

注意

• 在实现互斥时，wait(mutex)和singal(mutex)必须成对地出现
• 缺wait(mutex)将会引起系统混乱，不能保证对临界资源的互斥访问
• 缺singal(mutex)将会使该临界资源永久不会被释放

经典的同步问题

• 生产者——消费者问题
• 读者——写者问题
• 哲学家进餐问题

生产者——消费者问题

一组生产者进程生产产品给一组消费者进程消费。为使他们并发执行，设一个有n个缓冲区的缓冲池，生产者一次向一个缓冲区中投入消息，消费者从一个缓冲区中取得消息。生产者——消费者问题实际上是相互合作进程关系的一种抽象。

例子

• 在输入时，输入进程是生产者，计算进程是消费者
• 在输出时，计算进程是生产者，打印进程是消费者

制约关系

• 不允许消费者进程到一个空缓冲区中取产品
• 不允许生产者进程到一个已满且还没被取走的缓冲区中投放产品

用记录型信号量解决生产者——消费者问题

• 设有n个缓冲区，每个缓冲区存放一个消息，用互斥信号量mutex对缓冲池实现互斥访问
• 利用资源信号量empty和full分别表示缓冲池中空缓冲区及满缓冲区的数量，又假定这些生产者和消费者相互等效，只要缓冲池未满，生产者便可将消息送入缓冲池；只要缓冲池未空，消费者便可从缓冲池取走一个消息。

var mutex:semaphore:=1;
	empty:semaphore:=n;
	full:semaphore:=0;
	
buffer:array[0,1,……,n-1] of item;	//生产者生产出来的一个数据就是item
	in,out:integer:=0,0;	//in记录放入数据的地址，out记录取出数据的地址，其实就是buffer下标

生产者进程:

Procedure:begin
	repeat
		……
	procedure an item nextp;  //生产一个数据（下一个）
		……
		wait(empty);	//申请一个空缓冲区，申请成功，empty信号量减1
		wait(mutex);
		Buffer(in):=nextp;	  //将nextp放入下标是in的缓冲区中
		in:=(in+1) mod n;
		singal(mutex);			//释放缓冲区
		singal(full);			//将full信号量加1
		until false;
		end;

消费者进程

consumer:begin
		repeat
			wait(full);		//申请一个缓冲区
			wait(mutex);	//含义是判断当前有没有生产者在使用申请的缓冲区
			nextc:=Buffer(out);
			out:=(out+1) mod n;
			singal(mutex);
			singal(empty);		//释放一个空缓冲区，empty加1
		Consumer the item in nextc;
		until false;
		end;

注意

• 每个程序中互斥的wait(mutex)和singal(mutex)必须成对出现。
• 对资源信号量empty和full的P、V操作成对出现，但它们分别处于不同的程序中。例如P在计算进程中，而V在打印进程中，计算进程若因执行P而阻塞，则以后将由打印进程将它唤醒。
• 每个程序中的P操作顺序不能颠倒。应先执行对资源信号量的P操作，然后再执行对互斥信号量的P操作，否则可能引起进程死锁。
• V操作的顺序无所谓，都可以。

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