生产者和消费者问题（单一生产者和单一消费者）

题目一：一组生产者和一组消费者进程共享一个初始为空，大小为n的缓冲区，只有缓冲区没有满的时候，生产者才能把消息放入缓冲区，否则必须等待；只有缓冲区未空时，消费者才可以从中取出消息，否则必须等待。由于缓冲区是临界资源，所必须互斥访问。

关系分析:

1.生产者和消费者对缓冲区的访问是互斥关系；

2.生产和消费者又有着同步关系，必须先生产再消费。

信号量设置：

1.设置mutex作为互斥信号量，让生产者和消费者可以互斥地访问缓冲区，且初始值为1；

2.设置信号量full来表示非空缓冲区的个数，初始值为0；信号量empty来表示空闲缓冲区的个数，初始值为n。

在写代码之前，要明确同步和互斥的代码有什么不同。

1.首先，生产者生产了数据消费者才能消费，所以用full信号量来控制生产者和消费者的这层同步关系，也就是在生产者进程的末尾要加上V(full)，在消费者进程取走数据之前需要P(full)。

2.用信号量empty来控制生产者最多只可以往缓冲区中放入n个数据，超过n个数据，生产者进程就会被阻塞。

（在没写这篇博客之前，一直认为只需要full和empty这两个信号量中的一个就行，写到这里就明白了为什么一定要设置两个信号量了）

下面是对生产者和消费者问题的代码描述：

semaphore mutex = 1;
semaphore empty = n;
semaphore full = 0;producer(){while(true){//在这段代码里面，P(empty)和P(mutex)的顺序不能对调，否则会有死锁的可能produce an item                //生产数据P(empty);                     //空的缓冲区个数减少一个P(mutex);                  //互斥访问缓冲区remove an item to buffer;      //临界区V(mutex);                  //释放缓冲区的使用V(full);                  //被占用的缓冲区的个数增加}
}consumer(){while(true){//在这段代码里面，P(full)和P(mutex)的顺序不能对调，否则会有死锁的可能P(full);P(mutex);get an item from buffer;V(mutex);V(empty);consume the item;}
}

对于上述代码里出现的注释“//在这段代码里面，P(empty)和P(mutex)的顺序不能对调，否则会有死锁的可能”的解释：

假设生产者进程中的两个P操作的代码顺序改成如下：P(mutex)-->P(empty)，消费者进程中的两个P操作顺序改成如下：P(mutex)-->P(full)，在什么情况下，会发生死锁呢？

第一种情况：当empty = 0，full = n，当生产者进程执行了P(mutex)之后，mutex变为0，在执行P(empty)时由于empty= 0而被阻塞；则此时切换回消费者进程，消费者进程在执行P(mutex)时由于mutex = 0，消费者进程也被阻塞。这样就造成了生产者等待消费者释放空闲缓冲区，消费者等待生产者释放临界区的情况，生产者和消费者循环等待被对方唤醒，也就产生了死锁。

第二种情况：当empty = n，full = 0时，此时若消费者执行了P(mutex)，mutex变为0，在执行P(full)时由于full = 0而被阻塞，但是生产者进程在执行P(mutex)时由于mutex = 0也被阻塞，这样就会出现消费者等待生产者占用缓冲区而生产者等待消费者释放临界区的情况，即出现了死锁。

注意：代码中两个V操作互换顺序不会导致死锁的出现。

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