一、问题描述

系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者进程每次生产一个产品放入缓冲区，消费者进程每次从缓冲区中取出一个产品并使用。（注:这里的“产品”理解为某种数据）

生产者、消费者共享一个初始为空、大小为n的缓冲区。
只有缓冲区没满时，生产者才能把产品放入缓冲区，否则必须等待。
只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出产品，否则必须等待。
缓冲区是临界资源，各进程必须互斥地访问。

二、问题分析

信号量机制可实现互斥、同步、对一类系统资源的申请和释放。

互斥：设置初值为1的互斥信号量。
同步：设置初值为0的同步信号量(实现“一前一后”)。
设置一个信号量，初始值即为资源的数量（本质上也属于“同步问题”，若无空闲资源，则申请资源的进程需要等待别的进程释放资源后才能继续往下执行)。

三、PV操作题目分析步骤

1. 关系分析

找出题目中描述的各个进程，分析它们之间的同步、互斥关系。

同步关系。缓冲区满时，生产者要等待消费者取走产品。
同步关系。缓冲区空时（即没有产品时），消费者要等待生产者放入产品。
互斥的访问。

2. 整理思路

根据各进程的操作流程确定P、V操作的大致顺序。

生产者母次要消耗（P）一个空困缓冲区,并生产（V)一个产品。
消费者每次要消耗（P）一个产品，并释放一个空闲缓冲区（V)。往缓冲区放入/取走产品需要互斥。

3. 设置信号量

设置需要的信号量，并根据题目条件确定信号量初值。(互斥信号量初值一般为1，同步信号量的初始值要看对应资源的初始值是多少)
请添加图片描述

4. 编写代码

semaphore mutex = 1;  //互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问
semaphore empty =n;  //同步信号量,表示空闲缓冲区的数量
semaphore full = 0;  //同步信号量,表示产品的数量，也即非空缓冲区的数量

//生产者
producer (){
	while(1){
		生产一个产品;
		P(empty);  //消耗一个空闲缓冲区
//实现互斥是在同一进程中进行一对PV操作:
		P(mutex);
		把产品放入缓冲区;
		v(mutex);
		V(full);  //增加一个产品
	}
}

//消费者
consumer (){
	while(1){
		P(full);  //消耗一个产品（非空缓冲区)
		P (mutex);  //从缓冲区取出一个产品;
		v(mutex);
		v(empty);   //增加一个空闲缓冲区
		使用产品;
	}
}

//实现两进程的同步关系，是在其中个进程中执行P，另一进程中执行V

四、能否改变相邻P、V操作的顺序?

producer (){
	while(1){
		生产一个产品;
		P (mutex);  //①  //mutex的P操作在前
		P(empty);   //②
		把产品放入缓冲区;
		v (mutex);
		v (full);
	)
)

consumer () {
	while(1){
		P (mutex);  //③
		P(full);    //④
		从缓冲区取出一个产品;
		v(mutex);
		v(empty);
		使用产品;
	}
}

若此时缓冲区内已经放满产品，则empty=o，full=n。
则生产者进程执行①使mutex变为0，再执行②，由于已没有空闲缓冲区，因此生产者被阻塞。由于生产者阻塞，因此切换回消费者进程。消费者进程执行③，由于mutex为0，即生产者还没释放对临界资源的“锁”，因此消费者也被阻塞。
这就造成了生产者等待消费者释放空闲缓冲区，而消费者又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,出现“死锁”。
同样的，若缓冲区中没有产品，即full=0，empty=n。按③④①的顺序执行就会发生死锁。
因此，实现互斥的P操作一定要在实现同步的P操作之后。
V操作不会导致进程阻塞，因此两个V操作顺序可以交换。