操作系统2.2.1：进程同步之生产者消费者问题

生产者消费者问题是一个非常著名的进程同步、进程互斥的问题。
【题目描述如下：】

这个模型存在这么两个问题：
1、当缓冲区为空的时候，如何不让消费者取物品？当缓冲区满的时候，如何不让生产者继续生产？
2、由于生产进程和消费进程都是并发的，因此会产生同时访问并修改临界资源的问题，会造成结果的错误。（这主要是因为，计算机内部在进行计算的时候，要把缓存中的值拷贝到寄存器register上，然后计算完之后，再把register的值拷贝给高速缓存；如果进程在中间做到一半的时候，发生了中断，其他进程有可能将register的值改掉，那么最终的结果必然是错误的！）

首先解决问题1：

我们可以设定int empty = n; int full = 0; empty表示缓冲区空余的位置，full表示缓冲区已经占据的位置。
根据信号量的知识，当生产者进程在往缓冲区内生产数据时，要判断empty是否大于0，即p(empty)。如果empty小于0，那么所有的生产者进程都要阻塞。
同样的，消费者在进行消费前，也要判断full是否大于0，即p(full)。如果full小于0，那么意味着缓冲区内没有任何的物品，无法进行消费，生产者进程阻塞。

伪代码表示生产者进程：

begin:
	P(empty);
	生产;
	V(full);
end;

伪代码表示消费者进程：

begin:
	P(full);
	消费;
	V(empty);
end;

至此，问题1我们可以解决了。

再解决问题2：

针对问题2，我们需要对将每次访问临界资源的操作，视为一个原子性的操作。这里就又需要加上一个mutex来控制。设定mutex = 1，初值为1。即，每次只能允许一个进程修改共享数据。

因此，更严谨的写法:
生产者：

begin:
	P(empty);
		P(mutex)
			生产;
		V(mutex)
	V(full);
end;

消费者：

begin:
	P(full);
		P(mutex)
			消费；
		V(mutex)
	V(empty);
end;

【总结：】

实际上，通过一段时间的学习可以发现，进程管理和公共厕所的管理很像【嗯，对，我是认真的~】

我们每次可以让n个人进入公共厕所，假设厕所中只有一个便池，那么厕所内部n - 1个人就需要等待这个便池中的人解决完了之后出来，下一个人才能进入便池上厕所。与此同时，解决完的人就会走出厕所，然后坐在外面等候的人又可以进入厕所了…

在这个例子中，每个人好比是一个一个的进程；厕所是一个容量为n的缓冲区；便池是一个临界资源，一次只能由一个进程所使用。【那当然啊，同时使用的话，岂不是乱套了…】