多生产者-多消费者问题

文章目录

- - - 1 问题描述
    - 2 问题分析
    - 3 代码实现
    - 4 分析总结

1 问题描述

桌子上有一只盘子，每次只能向其中放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，儿子专等着吃盘子中的橘子，女儿专等着吃盘子中的苹果。只有盘子空时，爸爸或妈妈才可向盘子中放一个水果。仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿可以从盘子中取出水果。

2 问题分析

关系分析。找出题目中描述的各个进程，分析它们之间的同步、互斥关系。
多生产者-多消费者问题关系分析如下：

互斥关系：对缓冲区（盘子）的访问要互斥地进行
同步关系（一前一后）：

父亲将苹果放入盘子后，女儿才能取苹果
母亲将橘子放入盘子后，儿子才能取橘子
只有盘子为空时，父亲或母亲才能放入水果

注意：“盘子为空”这个事件可以由儿子或女儿触发，事件发生后才允许父亲或母亲放水果

整理思路。根据各进程的操作流程确定P、V操作的大致顺序。

由以上的同步、互斥关系分析，将多生产者-多消费者问题描绘出图形：

设置信号量。设置需要的信号量，并根据题目条件确定信号量初值。
（互斥信号量初值一般为 1，同步信号量的初始值要看对应资源的初始值是多少）
本问题中信号量设置如下：

  semaphore mutex = 1;    //实现互斥访问盘子（缓冲区）semaphore apple = 0;    //盘子中有几个苹果 semaphore orange = 0;   //盘子中有几个橘子semaphore plate = 1;    //盘子中还可以放多少个水果

模型实现：

dad：先准备一个苹果，放苹果之前，先判断盘子里是否为空（P一下盘子，检查盘子中还可以放多少个水果），然后再将苹果放入进去（V一下苹果，数量+1）
mom：先准备一个橘子，放橘子之前，先判断盘子里是否为空（P一下盘子，检查盘子中还可以放多少个水果），然后再将橘子放入进去（V一下橘子，数量+1）
daughter：拿苹果之前，先判断盘子里有没有苹果（P一下苹果，若没有苹果，自己被阻塞），然后告诉父母，盘子为空了（V一下盘子）
son：拿橘子之前，先判断盘子里有没有橘子（P一下橘子，若没有橘子，自己被阻塞），然后告诉父母，盘子为空了（V一下盘子）

以下实现了所有进程之间的同步关系：
还需要实现各个进程对盘子（缓冲区）的互斥访问：
就是所有进程对盘子进行PV操作，即加锁和解锁的过程

3 代码实现

 semaphore mutex = 1;    //实现互斥访问盘子（缓冲区）semaphore apple = 0;    //盘子中有几个苹果 semaphore orange = 0;   //盘子中有几个橘子semaphore plate = 1;    //盘子中还可以放多少个水果dad (){while(1){准备一个苹果;P(plate);P(mutex);向盘子中放苹果;V(mutex);V(apple);       //允许女儿进程取苹果}
}
mom (){while(1){准备一个橘子;P(plate);P(mutex);向盘子中放橘子;V(mutex);V(orange);        //允许儿子进程取橘子}
}
daughter (){while(1){P(apple);P(mutex);从盘子中取出苹果;V(mutex);V(plate);           //允许父母进程进程向盘子中取放水果吃苹果;}
}
son (){while(1){P(orange);P(mutex);从盘子中取出橘子;V(mutex);V(plate);           //允许父母进程进程向盘子中取放水果吃橘子;}
}

4 分析总结

问题：可不可以不用互斥信号量？
结论：即使不设置专门的互斥变量mutex，也不会出现多个进程同时访问盘子的现象
原因在于：本题中的缓冲区大小为1，在任何时刻，apple、orange、plate三个同步信号量中最多只有一个是1。因此在任何时刻，最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利地进入临界区…