消费者-生产者

“ 消费者-生产者” 模型：

问题描述:

两个共享固定大小的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

涉及操作:

PV操作:
P操作: 申请一个特定的资源，资源数量先减1，如果现在资源数量>=0, 说明已经申请成功了,则可进入临界区；否则如果现在资源<0，则被阻塞，进入阻塞队列，后续的其他进程进行P操作则会使该资源数量继续减1，并进入阻塞队列。这里的资源数量也就是信号量。

V操作: 释放一个特定的资源，资源数量先加1，也就是信号量加1，如果现在的资源<=0，则说明阻塞队列存在进程正在等待资源，则将阻塞队列的一个进程唤醒；否则如果现在资源>0, 则说明没有进程等待。

消费者-生产者

一开始自己并不理解为什么要这么写消费者-生产者模型，以下记录自己的思考过程：

• 首先，有一个临界资源也就是放置生产物品的地方，就叫s吧，每次只能一个生产者或消费者去取或者放，不然就乱套了。

semphore s=1； //信号量，表示共享区，1表示可用，0表示不可用

void producer() { //生产者
    while(true){
       produce();//生产物品过程，不能放在申请p操作以后，不然可能要占着共享区进行生产，会耗费很长时间
       p(s); //申请
       放置资源操作;
       v(s); //释放
   }
}

void consumer() { //消费者
    while(true){
       p(s);//申请
       取出资源操作;
       v(s);//释放
       consume()
   }
}

• 想想如果很多个生产者放置资源，而没有消费者取出资源，那共享区不就满了吗？按照上面的程序好像无法限制共享区的位置数量。

  这好办，把s设置为5；表示有5个资源位置，那生产者一进来就能进行P申请操作，直到s为0表示没有位置了，好像达到目的了，但是，消费者一进来也同样看到s不为0，同样可以申请位置去取出资源，但是事实上s表示的是位置数量而不是有多少资源数量，消费者占着位置，可是该位置上却没有资源。

  此时可以用两个信号量full和empty，分别表示有资源的位置数量和无资源的位置数量:

semphore full = 0;
semphore empty = 5;
int in = 0;//表示放资源的位置
int out = 0;//表示取资源的位置
int s[];

 void producer() { //生产者
    while(true){
       produce();
       p(empty);//申请一个空的位置
       s[in] =1;//放置资源
       in=(in+1)%5;
       v(full);//释放增加一个满的位置
      }
  }

 void consumer() { //消费者
    while(true){
       p(full);//申请一个满的位置
       s[out] =0;//取出资源
       out = (out+1)%5;
       v(empty);//释放增加一个空的位置
      consume();
      }
  }

• 但是这样有个问题：比如当多个生产者同时放置，那么可能会同时执行
  s[in] =1;//放置资源
  in=(in+1)%5;
  可能会放在同样的位置，因为并没有要求只能一个生产者进入共享区放资源，所以我们需要多一个互斥量mutex，表示共享区：

semphore full = 0;
semphore empty = 5;
semphore mutex = 1;
int in = 0;//表示放资源的位置
int out = 0;//表示取资源的位置
int s[];

void producer() { //生产者
while(true){
produce();
p(empty);//申请一个空的位置
p(mutex);//申请进入共享区
s[in] =1;//放置资源
in=(in+1)%5;
v(mutex);
v(full);//释放增加一个满的位置
}
}

void consumer() { //消费者
while(true){
p(full);//申请一个满的位置
p(mutex);
s[out] =0;//取出资源
out = (out+1)%5;
v(mutex);
v(empty);//释放增加一个空的位置
consume();
}
}