###问题描述 一组生产者进程和一组消费者进程共享一个初始为空、大小为n的缓冲区，只有缓冲区没满时，生产者才能把消息放入到缓冲区，否则必须等待；只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出消息，否则必须等待。由于缓冲区是临界资源，它只允许一个生产者放入消息，或者一个消费者从中取出消息。 ###问题分析 1) 关系分析。生产者和消费者对缓冲区互斥访问是互斥关系，同时生产者和消费者又是一个相互协作的关系，只有生产者生产之后，消费者才能消费，他们也是同步关系。 2) 整理思路。这里比较简单，只有生产者和消费者两个进程，正好是这两个进程存在着互斥关系和同步关系。那么需要解决的是互斥和同步PV操作的位置。 3) 信号量设置。信号量mutex作为互斥信号量，它用于控制互斥访问缓冲池，互斥信号量初值为1；信号量full用于记录当前缓冲池中“满”缓冲区数，初值为0。信号量empty 用于记录当前缓冲池中“空”缓冲区数，初值为n。 生产者-消费者进程的描述如下： ~~~ semaphore mutex=1; //临界区互斥信号量 semaphore empty=n; //空闲缓冲区 semaphore full=0; //缓冲区初始化为空 producer () { //生产者进程 while(1){ produce an item in nextp; //生产数据 P(empty); //获取空缓冲区单元 P(mutex); //进入临界区. add nextp to buffer; //将数据放入缓冲区 V(mutex); //离开临界区,释放互斥信号量 V(full); //满缓冲区数加1 } } consumer () { //消费者进程 while(1){ P(full); //获取满缓冲区单元 P(mutex); // 进入临界区 remove an item from buffer; //从缓冲区中取出数据 V (mutex); //离开临界区，释放互斥信号量 V (empty) ; //空缓冲区数加1 consume the item; //消费数据 } } ~~~ 该类问题要注意对缓冲区大小为n的处理，当缓冲区中有空时便可对empty变量执行P 操作，一旦取走一个产品便要执行V操作以释放空闲区。对empty和full变量的P操作必须放在对mutex的P操作之前。如果生产者进程先执行P(mutex)，然后执行P(empty)，消费者执行P(mutex),然后执行P(fall),这样可不可以？答案是否定的。设想生产者进程已经将缓冲区放满，消费者进程并没有取产品，即empty = 0，当下次仍然是生产者进程运行时，它先执行P(mutex)封锁信号量，再执行P(empty)时将被阻塞，希望消费者取出产品后将其唤醒。轮到消费者进程运行时，它先执行P(mutex)，然而由于生产者进程已经封锁mutex信号量，消费者进程也会被阻塞，这样一来生产者、消费者进程都将阻塞，都指望对方唤醒自己，陷入了无休止的等待。同理，如果消费者进程已经将缓冲区取空，即 full = 0,下次如果还是消费者先运行，也会出现类似的死锁。不过生产者释放信号量时，mutex、full先释放哪一个无所谓，消费者先释放mutex还是empty都可以。 下面再看一个较为复杂的生产者-消费者问题: ###问题描述 桌子上有一只盘子，每次只能向其中放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，儿子专等吃盘子中的橘子，女儿专等吃盘子中的苹果。只有盘子为空时，爸爸或妈妈就可向盘子中放一个水果；仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿 可以从盘子中取出。 ###问题分析 1) 关系分析。这里的关系稍复杂一些，首先由每次只能向其中放入一只水果可知爸爸和妈妈是互斥关系。爸爸和女儿、妈妈和儿子是同步关系，而且这两对进程必须连起来，儿子和女儿之间没有互斥和同步关系，因为他们是选择条件执行，不可能并发，如图2-8所示。 2) 整理思路。这里有4个进程，实际上可以抽象为两个生产者和两个消费者被连接到大小为1的缓冲区上。  图2-9 进程之间的关系 3) 信号量设置。首先设置信号量plate为互斥信号量，表示是否允许向盘子放入水果，初值为1，表示允许放入，且只允许放入一个。信号量 apple表示盘子中是否有苹果，初值为0，表示盘子为空，不许取，若apple=l可以取。信号量orange表示盘子中是否有橘子，初值为0，表示盘子为空，不许取，若orange=l可以取。解决该问题的代码如下： ~~~ semaphore plate=l, apple=0, orange=0; dad() { //父亲进程 while (1) { prepare an apple; P(plate) ; //互斥向盘中取、放水果 put the apple on the plate; //向盘中放苹果 V(apple); //允许取苹果 } } mom() { // 母亲进程 while(1) { prepare an orange; P(plate); //互斥向盘中取、放水果 put the orange on the plate; //向盘中放橘子 V(orange); //允许取橘子 } } son(){ //儿子进程 while(1){ P(orange) ; //互斥向盘中取橘子 take an orange from the plate; V(plate); //允许向盘中取、放水果 eat the orange; } } daughter () { //女儿进程 while(1) { P(apple); // 互斥向盘中取苹果 take an apple from the plate; V(plate); //运行向盘中取、放水果 eat the apple; } } ~~~ 进程间的关系如图2-9所示。dad()和daughter()、mam()和son()必须连续执行，正因为如此，也只能在女儿拿走苹果后，或儿子拿走橘子后才能释放盘子，即V(plate)操作。