经典的进程同步问题详解
2.5 经典的进程同步问题（重点！！！）
- 一、生产者-消费者问题
- 二、哲学家进餐问题
- 三、读者-写者问题
一、生产者-消费者问题
有几个进程？
存在什么模式？
对于生产者-消费者问题，存在两个进程，分别是生产者进程和消费者进程
buffer是生产者和消费者两个进程共享的公共资源，属于临界资源，所以是互斥方式共享buffer。
1、利用记录型信号量解决生产者-消费者问题
可利用互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲池的互斥使用；
利用信号量empty和full分别表示缓冲池中空缓冲池和满缓冲池的数量
程序实现
对于producer程序而言，wait（empty）看缓冲区是否还有存储空间，wait（mutex）则是用来申请缓冲区资源
对于consumer程序而言，wait（full）看缓冲区中时候有商品，wait（mutex）则是用来申请缓冲区资源
当缓冲区是满的时候，empty为0，full为n。此时若先执行wait（mutex），再执行wait（empty），会造成生产者申请到缓冲区资源，但是缓冲区没有存储空间来存储商品；而对于消费者进程而言，若先执行wait（mutex），再执行wait（full），那么会导致，消费者申请不到缓冲区资源，此时即使缓冲区有商品，依然无法将商品取出消费。陷入死锁。
生产者在等消费者去消费，消费者在等生产者释放mutex。（死锁的情况）
退出区释放资源的时候没有顺序要求！
2、利用AND型信号量解决生产者-消费者问题
一次性的申请和释放资源型信号量和互斥信号量。
二、哲学家进餐问题
1、利用记录型信号量解决哲学家进餐问题
程序实现
该算法虽然可以保证相邻两人不会同时进餐，但是有可能引起死锁。
因为当五个人同时饿了的时候，大家都会拿起自己左手边的一个筷子，这时每个人只有一只筷子没法进餐，因此也没法释放资源，于是五个人只能等着饿死，陷入死锁。
解决方法：
- 方法1：至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐，并在用完后释放出他用过的两只筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。
- 方法2：仅当哲学家的左右两支筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐。
- 方法3：规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；偶数号哲学家则相反。
方法1：程序实现
筷子是互斥信号量组
饥饿的哲学家的人数为资源信号量
方法2：利用AND型信号量机制解决哲学家进餐问题
在哲学家进餐问题中，要求每个哲学家先获得两个临界资源(筷子)后方能进餐。本质上是AND同步问题。
方法3：程序实现：
三、读者-写者问题
1、利用记录型信号量解决读者-写者问题
- 互斥信号量wmutex：实现reader与writer进程间在读或写时的互斥，整型变量readcount：表示正在读的进程数目；
- 由于只要有一个reader进程在读，便不允许writer进程写。所以，仅当readcount=0，即无reader进程在读时，reader才需要执行wait操作。若wait（wmutex）操作成功，reader进程便可去读，相应地，做readcount+1操作。
- 同理，仅当reader进程在执行了readcount减1操作后其值为0时，才需执行signal（wmutex）操作，以便让write进程写。
互斥信号量rmutex：reader进程间互斥访问readcount。
对于reader进程：
- 1、先申请readcount资源，即执行wait（rmutex）
- 2、如果readcount=0，则需要再申请wmutex，即执行wait（wmutex），然后执行readcount+1，接着释放readcount资源，即执行signal（rmutex）。
- 3、如果readcount！=0，则直接执行readcount+1，然后释放readcount资源，即执行signal（rmutex）。
- 4、执行读操作
- 5、申请readcount资源，执行readcount-1
- 6、如果readcount=0，那么释放wmutex，即执行signal（wmutex），否则直接释放rmutex，即执行signal（rmutex）。
写进程就是正常的申请wmutex资源，然后执行写操作，释放wmutex，即执行signal（wmutex）。
2、利用信号量集机制解决读者-写者问题
对于reader进程和writer进程：
- 每来一个读进程，会是L-1，最多可以使RN个读进程来申请资源
- swait（mx，1,0）语句起着开关的作用。只要无writer进程进入写，mx=1，reader进程就都可以进入读。但只要一旦有writer进程进入写时，mx=0，则任何reader进程就都无法进入读。
- swait（mx, 1, 1; L, RN, 0）语句表示仅当既无writer进程在写（mx=1），又无reader进程在读（L=RN），writer进程才能进入临界区写。
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