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计算机操作系统学习之多生产者多消费者问题

2023-05-16

文章目录

  • 一.问题描述
  • 二.问题分析
    • 1.关系分析
    • 2.整理思路
    • 3.设置信号量
    • 4.具体实现
    • 5.补充

一.问题描述

  • 有一个盘子，每次只能放一个水果
  • 父亲专门往盘子里放苹果，母亲专门往盘子里放橘子
  • 女儿专门等着吃盘子里的苹果，儿子专门等着吃盘子里的橘子
  • 只有盘子为空时，父亲/母亲才可向盘子里放入一个水果
  • 只有盘子里有自己需要的水果时，女儿/儿子才会从盘子里拿水果
  • 这就是多生产者多消费者问题，所谓的“多”其实是多类型：即不同类型的生产者和不同类型的消费者
    在这里插入图片描述

二.问题分析

在这个题目中，父亲和母亲其实就是两个生产者进程，儿子和女儿就是两个消费者进程，盘子其实就是一个大小为1的缓冲区

1.关系分析

找出题目中描述的各个进程，分析他们之间的互斥和同步关系

  • 互斥关系：对缓冲区（盘子）的访问要互斥的进行
  • 同步关系1：父亲将苹果放入盘子之后，女儿才能取苹果
  • 同步关系2：母亲将橘子放入盘子之后，儿子才能取橘子
  • 同步关系3：只有盘子为空时，父亲/母亲才能放入水果
  • “盘子为空”这个事件可以由儿子/女儿触发，事件发生后才允许父亲/母亲放水果
    在这里插入图片描述

2.整理思路

根据各进程的操作流程确定P、V操作的大致执行顺序

  • 互斥：在访问临界区前后加P、V操作
  • 同步：在上面分析的各个同步关系中：前操作之后加V操作，后操作之前加P操作
    在这里插入图片描述

3.设置信号量

  • 设置需要的信号量，并根据题目设置初值
  • 互斥信号量初值一般为1
  • 同步信号量初值根据对应资源的初始值确定

在这里插入图片描述

  • mutex=1：实现互斥访问缓冲区
  • apple=0：盘子中有几个苹果
  • orange=0：盘子中有几个橘子
  • plate=1：盘子中此时还能放几个水果

4.具体实现

在这里插入图片描述

  • 父亲进程：先准备一个苹果，在放入盘子之前，先检查盘子中是否有水果(对信号量mutex执行P操作)，如果此时盘子中没有水果，那么父亲就将苹果放入盘子，并且对信号量apple执行V操作，表示此时盘子中有一个苹果。母亲进程的执行与之类似。
  • 女儿进程：先检查盘子中是否有苹果(对信号量apple执行P操作)，如果有则从盘子中取出苹果，并且执行V(plate)，表示此时盘子空了，可以继续放水果了。儿子进程的执行与之类似。

5.补充

在对同步关系（只有盘子为空时，父亲/母亲才能放入水果）的处理中，如果从单个进程行为的前后关系来考虑，会有以下结论：

  • 如果盘子内装有苹果，那么一定要女儿取走苹果，父亲/母亲才能再放入水果
  • 如果盘子内装有橘子，那么一定要儿子取走橘子，父亲/母亲才能再放入水果
  • 那么就会产生四对一前一后的关系，需要四个信号量来实现：
    在这里插入图片描述

但如果我们是从某个事件发生前后的角度考虑，盘子变空事件—>放入水果事件，盘子变空可以由儿子/女儿触发，放入水果可以由父亲/母亲执行，这样只用一个信号量就可以解决问题
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