生产者-消费者问题

可以用以下的思考步骤来完成这类问题:

  1. 有几类进程?每一类进程会对应一个函数
  2. 如何描述进程内的动作(执行内容)?考虑是否循环等
  3. 在每个执行步骤是否需要P?注意:有P必考虑在何处V
  4. 定义信号量
  5. 检查多个P连续操作?确定是否死锁

在该类问题中死锁的情况基本只有请求和保持
解决方法:1. PV连续出现,不可能死锁;2.多个P死锁,则尝试调整P操作的顺序

例一
在这里插入图片描述

  1. 三类进程:生产A、生产B、装配A+B
p1() {} // 生产A 
p2() {}	// 生产B
cs() {} // 装配A+B
  1. 确定各个进程的操作:一定要细致,每一步都要写上
    1. p1:生产A,送到F1
    2. p2:生产B,送到F2
    3. cs:从F1取一个A,从F2取一个B,组装A+B
    4. 是否需要循环?要
p1() {
	while(1){
		生产A
		送到F
	}
} // 生产A 
p2() {
	while(1){
		生产B
		送到F2
	}
}	// 生产B
cs() {
	while(1){
		从F1取一个A
		从F2取一个B
		组装A+B
	}
} // 装配A+B
  1. 确定互斥情况⭐
    1. 对P1:生产A之前,不需要;装到F1需要,F1相当于缓冲区,容量为10
    2. 对P2:与P1同理
    3. 对cs:取A/B之前判断是否F1/F2有,组装不需要互斥
p1() {
	while(1){
		生产A
		P(F1)
		送到F1
	}
} // 生产A 
p2() {
	while(1){
		生产B
		P(F1)
		送到F2
	}
} // 生产B
cs() {
	while(1){
		P(full1)
		从F1取一个A
		P(full2)
		从F2取一个B
		组装A+B
	}
} // 装配A+B

这里就有很大的问题,还是那个道理,有P必V,建议就是做出一个P,先找在何处V,再去进行下一个PV的操作,这样就不容易出现缺漏

p1() {
	while(1){
		生产A
		P(F1)
		送到F1
		V(full1)	// 在cs中P(full1),当放入一个时,则需要V(full1)
	}
} // 生产A 
p2() {
	while(1){
		生产B
		P(F1)
		送到F2
		V(full1)	// 在cs中P(full2),当放入一个时,则需要V(full)
	}
}	// 生产B
cs() {
	while(1){
		P(full1)
		从F1取一个A
		V(F1) 		// 在P1中P(F1),当取出一个时,则需要V(F1)
		P(full2)
		从F2取一个B
		V(F1) 		// 在P2中P(F2),当取出一个时,则需要V(F2)
		组装A+B
	}
} // 装配A+B
  1. 定义信号量(就是简单的命名和美化、设置初始值)
semaphore F1 = 10 // 表示F1货架的剩余容量
semaphore F2 = 10 // 表示F2货架的剩余容量
semaphore full1 = 0 // 表示F1货架上A产品
semaphore full1 = 0 // 表示F2货架上B产品
  1. 最后这一步也是最容易被遗忘的一步,检查死锁问题和互斥资源访问
    这里不会产生死锁,但是货架的访问应为互斥,因此增加对货架的PV操作
p1() {
	while(1){
		生产A
		P(F1)
		P(metux1)
		送到F1
		V(metux1)
		V(full1)	
	}
} // 生产A 
p2() {
	while(1){
		生产B
		P(F1)
		P(metux2)
		送到F2
		V(metux2)
		V(full1)	
	}
}	// 生产B
cs() {
	while(1){
		P(full1)
		P(metux1)
		从F1取一个A
		V(metux1)
		V(F1) 		
		P(full2)
		P(metux2)
		从F2取一个B
		V(metux2)
		V(F1) 		
		组装A+B
	}
} // 装配A+B

最后的答案(多加了一个判断货架是否有产品)
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

小试牛刀
在这里插入图片描述
解答:

  1. 两类进程:小和尚和老和尚;
  2. 执行内容:小和尚抬水入缸,老和尚饮水,循环
  3. 需要互斥的资源:桶、水井、缸
producer() { // 注释中的序号并不表示执行顺序,只表示一组PV操作的对应
	while(1) {
		p(tong) // 1
		p(jing)	// 2(同一时间只有一个桶能取水)
		桶取水
		v(jing) // 2
		p(empty) // 3(缸的容量有限)
		p(gang)	// 4(同一时间只有一个桶能倒水入缸)
		桶入缸
		v(gang) // 4
		v(full)	// 6(入缸后增加了缸里的水)
		v(tong) // 1
	}
}

consumer() {
	while(10 {
		p(tong) // 5
		p(full)	// 6(表示缸里还有多少水)
		p(gang) //7
		入缸取一桶水
		v(gang) //7
		v(empty) // 3
		喝水
		v(tong) // 5
	}
}

上述解答会产生死锁:若桶都被consumer拿走,但是缸中无水,此时producer也无法打水,程序死锁

producer() { // 注释中的序号并不表示执行顺序,只表示一组PV操作的对应
	while(1) {
		p(empty) // 3(缸的容量有限,有空位才提桶)
		p(tong) // 1
		p(jing)	// 2(同一时间只有一个桶能取水)
		桶取水
		v(jing) // 2
		p(gang)	// 4(同一时间只有一个桶能倒水入缸)
		桶入缸
		v(gang) // 4
		v(full)	// 6(入缸后增加了缸里的水)
		v(tong) // 1
	}
}

consumer() {
	while(10 {
		p(full)	// 6(表示缸里还有多少水,有水才提桶)
		p(tong) // 5
		p(gang) //7
		入缸取一桶水
		v(gang) //7
		v(empty) // 3
		喝水
		v(tong) // 5
	}
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

1、实验目的 (1)掌握基本的同步互斥算法,理解生产者消费者同步问题模型。 (2)了解Windows 2000/XP中多线程的并发执行机制,线程间的同步互斥。 (3)学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象,掌握相应的API。 2、实验要求 (1)创建生产者消费者线程 在Windows2000环境下,创建一个控制台进程,在此进程中创建n个线程来模拟生产者或者消费者。这些线程的信息由本程序定义的“测试用例文件”中予以指定。 该文件的格式含义如下: 3 1 P 3 2 P 4 3 C 4 1 4 P 2 5 C 3 1 2 4 第一行说明程序中设置几个临界区,其余每行分别描述了一个生产者或者消费者线程的信息。每一行的各字段间用Tab键隔开。不管是消费者还是生产者,都有一个对应的线程号,即每一行开始字段那个整数。第二个字段用字母P或者C区分是生产者还是消费者。第三个字段表示在进入相应线程后,在进行生产消费动作前的休眠时间,以秒计时;这样做的目的是可以通过调整这一列参数,控制开始进行生产消费动作的时间。如果是代表生产者,则该行只有三个字段。如果代表消费者,则该行后边还有若干字段,代表要求消费的产品所对应的生产者的线程号。所以务必确认这些对应的线程号存在并且该线程代表一个生产者。 (2)生产消费的规则 在按照上述要求创建线程进行相应的读写操作时,还需要符合以下要求: ①共享缓冲区存在空闲空间时,生产者即可使用共享缓冲区。 ②从上边的测试数据文件例子可以看出,某一生产者生产一个产品后,可能不止一个消费者,或者一个消费者多次地请求消费该产品。此时,只有当所有的消费需求都被满足以后,该产品所在的共享缓冲区才可以被释放,并作为空闲空间允许新的生产者使用。 ③每个消费者线程的各个消费需求之间存在先后顺序。例如上述测试用例文件包含一行信息“5 C 3 l 2 4”,可知这代表一个消费者线程,该线程请求消费1,2,4号生产者线程生产的产品。而这种消费是有严格顺序的,消费1号线程产品的请求得到满足后才能继续往下请求2号生产者线程的产品。 ④要求在每个线程发出读写操作申请、开始读写操作结束读写操作时分别显示提示信息。 (3)相关基础知识 本实验所使用的生产者消费者模型具有如下特点: 本实验的多个缓冲区不是环形循环的,也不要求按顺序访问。生产者可以把产品放到目前某一个空缓冲区中。 消费者只消费指定生产者的产品。 在测试用例文件中指定了所有的生产消费的需求,只有当共享缓冲区的数据满足了所有关于它的消费需求后,此共享缓冲区才可以作为空闲空间允许新的生产者使用。 本实验在为生产者分配缓冲区时各生产者间必须互斥,此后各个生产者的具体生产活动可以并发。而消费者之间只有在对同一产品进行消费时才需要互斥,同时它们在消费过程结束时需要判断该消费对象是否已经消费完毕并清除该产品。 Windows用来实现同步互斥的实体。在Windows中,常见的同步对象有:信号量(Semaphore)互斥(Mutex)、临界段(CriticalSection)等。使用这些对象都分为三个步骤,一是创建或者初始化:接着请求该同步对象,随即进入临界区,这一步对应于互斥量的上锁;最后释放该同步对象,这对应于互斥量的解锁。这些同步对象在一个线程中创建,在其他线程中都可以使用,从而实现同步互斥
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