文章目錄

• • • • 1 問題描述
      • 2 問題分析
      • 3 代碼實現
      • 4 分析總結

1 問題描述

桌子上有一只盤子，每次只能向其中放入一個水果。爸爸專向盤子中放蘋果，媽媽專向盤子中放橘子，兒子專等著吃盤子中的橘子，女兒專等著吃盤子中的蘋果。只有盤子空時，爸爸或媽媽才可向盤子中放一個水果。僅當盤子中有自己需要的水果時，兒子或女兒可以從盤子中取出水果。

2 問題分析

關系分析。找出題目中描述的各個進程，分析它們之間的同步、互斥關系。
多生產者-多消費者問題關系分析如下：

互斥關系： 對緩沖區（盤子）的訪問要互斥地進行
同步關系（一前一后）：

父親將蘋果放入盤子后，女兒才能取蘋果

母親將橘子放入盤子后，兒子才能取橘子

只有盤子為空時，父親或母親才能放入水果

注意：“盤子為空”這個事件可以由兒子或女兒觸發，事件發生后才允許父親或母親放水果

整理思路。根據各進程的操作流程確定P、V操作的大致順序。

由以上的同步、互斥關系分析，將多生產者-多消費者問題描繪出圖形：

設置信號量。設置需要的信號量，并根據題目條件確定信號量初值。
（互斥信號量初值一般為 1，同步信號量的初始值要看對應資源的初始值是多少）
本問題中信號量設置如下：

semaphore mutex = 1; //實現互斥訪問盤子（緩沖區）semaphore apple = 0; //盤子中有幾個蘋果 semaphore orange = 0; //盤子中有幾個橘子semaphore plate = 1; //盤子中還可以放多少個水果

模型實現：

dad：先準備一個蘋果，放蘋果之前，先判斷盤子里是否為空（P一下盤子，檢查盤子中還可以放多少個水果），然后再將蘋果放入進去（V一下蘋果，數量+1）
mom：先準備一個橘子，放橘子之前，先判斷盤子里是否為空（P一下盤子，檢查盤子中還可以放多少個水果），然后再將橘子放入進去（V一下橘子，數量+1）
daughter：拿蘋果之前，先判斷盤子里有沒有蘋果（P一下蘋果，若沒有蘋果，自己被阻塞），然后告訴父母，盤子為空了（V一下盤子）
son：拿橘子之前，先判斷盤子里有沒有橘子（P一下橘子，若沒有橘子，自己被阻塞），然后告訴父母，盤子為空了（V一下盤子）

以下實現了所有進程之間的同步關系：
還需要實現各個進程對盤子（緩沖區）的互斥訪問：
就是所有進程對盤子進行PV操作，即加鎖和解鎖的過程

3 代碼實現

semaphore mutex = 1; //實現互斥訪問盤子（緩沖區）semaphore apple = 0; //盤子中有幾個蘋果 semaphore orange = 0; //盤子中有幾個橘子semaphore plate = 1; //盤子中還可以放多少個水果dad (){while(1){準備一個蘋果;P(plate);P(mutex);向盤子中放蘋果;V(mutex);V(apple); //允許女兒進程取蘋果} } mom (){while(1){準備一個橘子;P(plate);P(mutex);向盤子中放橘子;V(mutex);V(orange); //允許兒子進程取橘子} } daughter (){while(1){P(apple);P(mutex);從盤子中取出蘋果;V(mutex);V(plate); //允許父母進程進程向盤子中取放水果吃蘋果;} } son (){while(1){P(orange);P(mutex);從盤子中取出橘子;V(mutex);V(plate); //允許父母進程進程向盤子中取放水果吃橘子;} }

4 分析總結

問題：可不可以不用互斥信號量？
結論：即使不設置專門的互斥變量mutex，也不會出現多個進程同時訪問盤子的現象
原因在于：本題中的緩沖區大小為1，在任何時刻，apple、orange、plate三個同步信號量中最多只有一個是1。因此在任何時刻， 最多只有一個進程的P操作不會被阻塞，并順利地進入臨界區…

若將緩沖區設置為2會發生什么現象？
父親P(plate)，可以訪問盤子→母親P(plate)，可以訪問盤子→父親在往盤子里放蘋果，同時母親也可以往盤子里放橘子。于是就出現了兩個進程同時訪問緩沖區的情況，有可能導致兩個進程寫入緩沖區的數據相互覆蓋的情況。

因此，如果緩沖區大小大于1，就必須專門設置一個互斥信號量mutex來保證互斥訪問緩沖區。

總結：在生產者-消費者問題中，如果緩沖區大小為1，那么有可能不需要設置互斥信號量就可以實現 互斥訪問緩沖區的功能。當然，這不是絕對的，要具體問題具體分析。

建議：在考試中如果來不及仔細分析，可以加上互斥信號量，保證各進程一定會互斥地訪問緩沖區。 但需要注意的是，實現互斥的P操作一定要在實現同步的P操作之后，否則可能引起“死鎖”。

理解理清復雜的同步關系：
在分析同步問題（一前一后問題）的時候不能從單個進程行為的角度來分析，要把“一前一后”發生的事看做是兩種“事件”的前后關系。

比如，如果從單個進程行為的角度來考慮的話，我們會有以下結論：

如果盤子里裝有蘋果，那么一定要女兒取走蘋果后父親或母親才能再放入水果

如果盤子里裝有橘子，那么一定要兒子取走橘子后父親或母親才能再放入水果

這么看是否就意味著要設置四個同步信號量分別實現這四個“一前一后”的關系了？

正確的分析方法應該從“事件”的角度來考慮

我們可以把上述四對“進程行為的前后關系”抽象為 一對“事件的前后關系”

盤子變空事件→放入水果事件。“盤子變空事件”既可由兒子引發，也可由女兒引發；

“放水果事件” 既可能是父親執行，也可能是母親執行。

這樣的話，就可以用一個同步信號量解決問題了

總結

以上是生活随笔為你收集整理的多生产者-多消费者问题的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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