【操作系统】王道考研 p22-26 生产者消费者问题、多生产者多消费者问题、吸烟者问题、读者写者问题、哲学家进餐问题

2024-02-28 21:46:04

生产者消费者问题
 多生产者多消费者问题
 吸烟者问题
 读者写者问题
 哲学家进餐问题

生产者消费者问题

有同步和互斥：
同步：缓冲区没满才能放产品，缓冲区不空才能取产品。
互斥：各进程互斥访问。

关于PV：P是消耗，V是释放（或理解为P是进，V是出）
生产者P一个空闲缓冲区，V一个产品。
消费者P一个产品，V一个空闲缓冲区。

mutex是一个互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问。 ==
比如：对producer，它在把产品放入缓冲区前要P(mutex)，表示“我要使用缓冲区”，（因为是互斥的，P了之后如果不V就不会有进程再来访问缓冲区），放完后再V(mutex)，表示“我用完了。”这里就实现了互斥==。

empty和full是同步信号量，empty表示空闲缓冲区数量，full表示产品数量。
对于producer，生产一个产品要P(empty)，表示用了一个空闲缓冲区，生产完即V(full)，产生了一个产品。
对于consumer，消耗一个产品P(full)后就释放了一个缓冲区V(empty)。

思考：能否改变相邻PV操作的顺序？
显然不能，可能会死锁，会造成进程之间的并发度降低。

对于producer：
P(mutex)就像是上锁，如果没有V(mutex)，就没有进程可以访问缓冲区。但如果先P(mutex)，上锁了，然后发现无法执行P(empty)，即没有空闲缓冲区了，那就停在这里了。
consumer也同理。

总结
互斥的是缓冲区，同步的是空闲缓冲区资源和产品。
易错：
对于producer：先P(empty),再P(mutex)，再V(mutex)，再V(full).
对于consumer：先P(full),再P(mutex)，再V(mutex)，再V(empty).

可以这样理解：mutex是相当于对缓冲区（临界资源）的上锁，锁完后要马上释放，所以mutex的PV操作一定在最里层。

多生产者多消费者问题

这里：不设置专门的互斥变量mutex，也不会出现多个进程同时访问盘子的现象。
原因是：本题的缓冲区大小只有1，在任何时刻，apple，orange，plate三个同步信号量中最多只有一个是1（有一个苹果，有一个橘子，或空位是1）。因此任何时候，最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利进入临界区。
简而言之，当一个进程可以运行时，其他进程不满足运行的条件，所以不会出现多个进程同时访问盘子的情况，就不需要互斥变量了。

但是，如果缓冲区大小为2，那么父亲和母亲进程都满足条件，如果没有mutex，就会两个进程同时访问缓冲区。所以，需要互斥信号量mutex。

总结
如果缓冲区大小为1，有可能不用互斥信号量。
所以还是都用互斥信号量稳一点。

事件前后关系。
如这道题：放水果前的情况是盘子为空，放水果后是盘子为满。则就是一个同步信号量。

吸烟者问题

供应者供应任意一个组合（V），然后相应的吸烟者把它拿了（P）。
所以先V后P。

对于供应者来说：
轮流提供三种组合，提供就是V(offer)，提供完其实就是P(finish)，表示桌子上已经放了东西。
对于吸烟者来说，拿东西P(offer)，然后就V(finish),因为拿完东西桌子就已经空了。

总结

读者写者问题

写进程和读进程（或写进程）同时运行会产生错误。
因此要求：可以同时读、只能一个写、写完前不能有其他进程访问。

处理问题的方法在最后一段：

writer的P(rw)和V(rw)相当于写文件前后的上锁和解锁。
reader中的mutex是因为要互斥地访问count。
reader中的P(rw)和V(rw)相当于读文件的上锁和解锁：只有还有文件要读就不解锁。
因此写进程可能饥饿。

这种算法也被称为==读写公平法。==不会让写进程饥饿。