线程/进程同步操作的监视器：管程

我们通过信号量解决同步问题，而信号量存在程序编写困难或效率低下的问题。于是发明了管程，将信号量的这些组织工作交给一个专门的构造来管。管程（monitor）意为监视器，它监视的是进程或线程的同步操作。

管程就是一组子程序，变量和数据的组合，即你把需要同步的代码用一个管程的构造框起来。

注意：进程只能互斥的使用管程，即当一个进程使用管程时，另一个进程必须等待。当一个进程使用完管程后，它必须释放管程并唤醒等待管程的某一个进程。

管程的条件变量(c)：

条件变量c实际是一个指针，它指向一个等待该条件的PCB队列。它只有在管程内才能被访问，它对管程内所有过程是全局的，只能通过wait()，signal()两个操作来访问。

如：notfull表示缓冲区不满，如果缓冲区满，那么将要在缓冲区写入数据的进程就要等待notfull，即wait(notfull)；相应地，如果一个进程在缓冲区内读数据，当它读完一个数据后，要执行signal(notempty)，表示已经释放了一个缓冲区单元。

wait(c)：

挂起调用进程并释放管程，直至另一进程在条件变量上执行signal()。

wait(c)表示为进入管程的线程分配某种类型的资源，如果此时这种资源可用，那么进程使用，否则进程被阻塞，进入队列。

signal(c)：

如果有其他进程因对条件变量执行wait()而被挂起，便释放之，如果没有进程等待，则信号被忽略。

signal(c)表示进入管程的进程使用的某种资源要释放，此时进程会唤醒由于等待此资源而进入队列中的第一个进程。

wait和signal是利用资源的内部语句，条件变量相当于要用的资源，如果已经被别的调用，就wait改变量，用好了别的资源会signal，然后这个程序再利用。

【应用实例】生产者消费者问题。生产者进程将产品放入某一缓冲区，消费者进程到此缓冲区中取产品。这个过程必须保证：

1. 当缓冲区有剩余空间时，生产者才能在其中放入产品；

2. 当缓冲区有数据时，消费者才能在其中取出产品。

解决方案：使用管程机制来实现生产者和消费者之间的同步互斥问题

1. 假设有一基本管程monitor，提供了enter、leave、signal、wait等操作；

2. 条件变量notfull表示缓冲区不满，条件变量notempty表示缓冲区不空；

3. 缓冲区buff[0...n-1]用来存放产品，最大可放n件产品；

4. 定义整型变量count表示缓冲区当前的产品数，指针in指向缓冲区当前第一个空的位置，指针out指向缓冲区当前第一个不空的位置；

5. 定义过程add(ItemType item)

add(ItemTypeitem) //生产者进程在缓冲区放入产品

{

if(count==n) wait(notfull); //如果此时缓冲区已满，那么进程必须等待notfull，这意味着进程已经被阻塞到紧急队列里

buff[in]=item; //否则在第一个空的位置放入产品

in=(in+1)%n; //指针循环加1

count++;

signal(notempty); //此时缓冲区已经多了一个产品，也就是说生产者进程去唤醒因取不到产品被阻塞的消费者进程

}

6. 定义过程ItemType remove()

ItemType remove() //消费者进程在缓冲区取出产品

{

if(count==0) wait(notempty); //如果缓冲区没有产品,那么消费者必须等待notempty，也就是被阻塞到紧急队列中去

item=buff[out]; //消费者从第一个不空的位置取出产品

out=(out+1)%n;

signal(notfull); //此时缓冲区多了一个空的单元，也就是消费者进程去唤醒因缓冲区已满而不能放入产品的生产者进程

return item;

}

7. 生产者进程代码段

while(true)

{

produce(&item); //生成出一件产品

monitor. enter(); //进入管程

monitor. add(); //调用add方法，放入产品

monitor. leave(); //离开管程

}

8. 消费者进程代码段

while(true)

{

monitor. enter();

item=monitor. remove(); //取出产品

monitor. leave();

consumer(&item); //进行消费

}