生产者消费者问题

生产者消费者问题是一个经典的同步问题，问题的描述如下：

一组生产者进程和一组消费者进程共享一个初始为空，大小为n的缓冲区，只有缓冲区没满时，生产者才能把消息放入缓冲区，否则必须等待，只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出消息，否则只能等待。由于缓冲区时临界资源，只允许一个生产者放入消息，或者一个消费者取出消息。

问题分析：

• 生产者与消费者对缓冲区的访问是互斥关系，同时又是一个相互协作关系，即只有生产者产生消息，消费者才能取出消息，因此又是一个同步问题。
• 信号量设置，设置一个信号量mutex为互斥信号量，初始值为1，信号量full记录缓冲池中已满的缓冲区数目，初始为0，信号量empty记录缓冲池中空的缓冲区数目，初始为n。

实现如下

semaphore mutex=1;
semaphore empty=n;
semaphore full=0;

producer(){
    while(1){
        //生产一个消息
        P(empty);//获取空缓冲区单元
        P(mutex);//进入临界区
        //将消息添加到缓冲区
        V(mutex);
        V(full);
    }
}

consumer(){
    while(1){
        P(full);
        P(mutex);
        //取出一个消息
        V(mutex);
        V(empty)
    }
}

分析：

首先对于互斥问题，需要设置一个互斥信号量，同时为保证只有一个进程能够进入临界区，信号量需设置为1。对于同步问题，因为缓冲池大小为n，缓冲区空时生产者可以放入消息，缓冲区满时，消费者可以取出消息，因此设置两个信号量，分别对应满的缓冲区和空缓冲区数目，两个信号量相加应为n。

同时，对empty和full的P操作，需放在mutex之前。这是因为生产者线程只对empty有需求，当生产者线程对empty执行P操作后，empty为0，对消费者线程并没有影响。而若是对mutex的P操作放在前，假设生产者已经将缓冲区放满，此时empty为0，消费者也没有取出消息。而此时又运行生产者线程时，生产者先封锁mutex信号量，然后执行P(empty)操作，阻塞后，其等待消费者线程取出消息并唤醒自身。此时执行消费者线程时，由于mutex已经被生产者锁定，消费者也会阻塞，希望生产者唤醒自己。那么双方都会阻塞。