【操作系统】经典的同步问题(生产者消费者问题, 哲学家进餐问题, 读写问题)

2024-07-10 16:41| 来源: 网络整理| 查看: 265

用专业术语来说, 进程是程序的一次动态执行.说简单点, 就是进程是系统中的某个任务.操作系统中有多个任务需要执行, 那么怎样执行才能使它们同步呢? 即如何让任务并发执行互不影响呢? 这就引出了进程同步中的经典问题: 生产者消费者问题, 哲学家进餐问题, 读写问题

生产者-消费者问题

有一群生产者进程在生产产品, 并将这些产品提供给消费者进程取消费. 为使生产者进程与消费者进程能并发进行, 在两者间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池, 生产者进程将其所生产的产品翻入缓冲区中, 消费者进程可从一个缓冲区中取走产品取消费.生产者消费者进程都以异步方式进行, 但它们之间必须保持同步, 不允许消费者进程到空缓冲区去取产品, 也不允许生产者进程向已满的缓冲区投放产品.

一个缓冲池中有n个缓冲区, 只要缓冲池未满, 生产者便可以投放产品; 缓冲池为空, 消费者便可以消费产品

法一:记录型信号量 //生产者消费者问题 //记录型信号量 //缓冲池中有n个缓冲区, 互斥信号量mutex, //信号量empty表示空缓冲区数量, full表示满缓冲区的数量 int in = out = 0; item buffer[n]; semaphore mutex = 1, empty = n, full = 0; void producer() { do { producer an item nextp; wait(empty); wait(mutex); buffer[in] = nextp; in = (in + 1) % n; signal(mutex); signal(full); } while(true); } void consumer() { do { wait(full); wait(mutex); nextc = buffer[out]; out = (out + 1) % n; signal(mutex); signal(empty); consumer the item in nextc; } while(true); } void main() { cobegin producer(); consumer(); coend }

注意: 对信号量的wait()和signal()操作必定是成对出现的.

法二:AND型信号量 //AND型信号量 //Swait(empty, mutex)代替wait(empty)和wait(mutex) //Ssignal(mutex,full)代替signal(mutext)和signal(full) //Swait(full, mutex)代替wait(full)和wait(mutex) //Ssignal(mutex, empty)代替signal(mutex)和signal(empty) int in = out = 0; item buffer[n]; semaphore mutex = 1, empty = n, full = 0; void producer() { do { producer an item nextp; Swait(empty, mutex); buffer[in] = nextp; in = (in + 1) % n; Ssignal(mutex, full); } while(true); } void consumer() { do { Swait(full, mutex); nextc = buffer[out]; out = (out + 1) % n; Ssignal(mutex, empty); consumer the item in nextc; } while(true); } void main() { cobegin producer(); consumer(); coend }

法三: 管程 //管程 //建立管程producerconsumer,PC /* put(x), 生产者利用该过程将自己生产的产品投放到缓冲池中, 并用整型变量count表示缓冲池中已有的产品数目,当 count>=N时, 表示缓冲池已满,生产者需等待. get(x), 消费者利用该过程从缓冲池中取出一个产品, 当count= N) cwait(notfull); buffer[in] = x; in = (in + 1) % N; count++; ssignal(notempty); } void get(item x) { if (count

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