生产者-消费者问题从特殊到一般(从易到难)可以分3种形式：

一个生产者、一个消费者、一个缓冲区的问题；

一个生产者、一个消费者、n个缓冲区的问题；

k个生产者、m个消费者、n个缓冲区的问题；

★当缓冲区空时，生产者可将产品存入缓冲区；当缓冲区满时，生产者必须等待 (阻塞)，待消费者取走产品后将其唤醒后，才能将产品存入。

★当缓冲区有产品时，消费者可从缓冲区取出产品进行消费；当缓冲区空时，消费者必须等待(阻塞)，待生产者存入产品后将其唤醒后，才能再从缓冲区取产品。

1.为生产者设置1个私有信号量empty，其初值为1，表示有1个空缓冲区；为消费者设置1个私有信号量full，其初值为0，表示开始时没有满缓冲区；（信号量初值由物理意义确定）

2.生产者将产品存入缓冲区之前，应先测试缓冲区是否空：执行wait(empty)操作；离开临界区(存入产品)后，应通知(可能会唤醒)消费者：执行signal(full)操作；

3.消费者从缓冲区取产品之前，应先测试缓冲区是否满：执行wait(full)操作；离开临界区(取走产品)后，应通知(可能会唤醒)生产者：执行signal(empty)操作

一个生产者、一个消费者、一个缓冲区

生产者消费者问题的算法描述如下所示：

初始化设置

semaphore empty,full;
empty=1;full=0;

生产者

parbegin
process Producer:
{ produce an item in nextp;wait(empty);//测试buffer=nextp;signal(full);//通知消费者
}

消费者

process Consumer:
{wait(full); //测试nextc=buffer;signal(empty); //通知consume the itemin nextc;
}
parend

信号量机制解决进程同步问题的一般方法：

1.为同步双方设置各自的信号量，初值为其初始状态可用的资源数(故该信号量称为资源信号量或私有信号量)；

2.同步双方任一进程在进入临界区之前，应先对自己的信号量执行wait(<己方信号量>)操作，以测试是否有自己可用的资源。若有资源可用，则进入临界区，否则阻塞；

3.同步双方任一进程离开临界区后，应对合作方 (对方)的信号量执行signal(<对方信号量>)操作，以通知(若对方处于阻塞状态，则唤醒它)对方已有资源可用(对方已可进入临界区)。

一个生产者、一个消费者、n个缓冲区

为生产者设置一个资源信号量empty，其初值为生产者的可用资源数(空缓冲区的个数)n，即empty=n。

为消费者设置一个资源信号量full，其初值为消费者的可用资源数(满缓冲区的个数)0，即full=0。

生产者消费者问题的算法描述如下所示：

初始化设置

semaphore empty,full;
empty=n;full=0;
int in=0,out=0;   //下标

生产者

parbegin
process Producer:
{ produce an item in nextp;wait(empty);//测试buffer[in]=nextp;in=(in+1)%n;signal(full);//通知消费者
}

消费者

process Consumer:
{wait(full); //测试nextc=buffer[out];out=(out+1)%n;signal(empty); //通知consume the item in nextc;
}
parend

本题中in和out不是共享变量(因为只有一个生产者和一个消费者)，无需互斥访问。

一个生产者、一个消费者、n个缓冲区

1、设置生产者的资源信号量empty，其初值为n，表示开始时有n个空缓冲区；

2、设置消费者的资源信号量full，其初值为0，表示开始时有0个满缓冲区；

3、只要有空的缓冲区，生产者便可将消息送入缓冲区；

4、只要有满的缓冲区，消费者便可从缓冲区取走一个消息。

5、用互斥信号量mutex对缓冲区(共享变量in和out)的互斥使用，互斥信号量mutex初值为1；

6、生产者用共享变量in作为下标访问缓冲区，mutex为其互斥信号量；消费者用共享变量out作为下标访问缓冲区，其互斥信号量也用mutex。

初始化

semaphore mutex,empty,full ;
item buffer[n] ;
int in = 0，out = 0 ；
mutex.value = 1;
empty.value=n,full.value=0;

生产者

parbegin //并发执行开始
process produceri (i=1,2,…,k)  //生产者进程
{item nextp；while (true){  produce an item nextp；wait(empty) ;    //测试是否有可用的资源wait(mutex);        //互斥(进入临界区)buffer[in] = nextp ；in = (in + 1)% n ；signal(mutex) ;  //退出临界区signal(full) ;    //通知(可能唤醒)协作方}
}

消费者

process consumerj (j=1,2,…,m）
{  item nextc ；while (true)   {wait(full); //测试是否有可用的资源wait(mutex);nextc = buffer[out] ；out = (out + 1)% n ；signal(mutex);//生产者消费者互斥访问缓冲区，同时生产者互斥生产，消费者户次消费signal(empty); //通知(可能唤醒)协作方consume the item in nextc ;}
}
parend //并发执行结束

注意：

在每个进程中，实现互斥的wait(mutex)和signal(mutex)必须成对出现；

对资源信号量empty和full的wait和signal操作也要成对地出现，但它们处于不同的进程中(交叉成对)。

在每个进程中的多个wait操作顺序不能颠倒，应先执行对资源信号量（也称私有信号量）的wait操作，然后执行对互斥信号量（公有信号量）的wait操作，否则可能引起进程死锁。

重申信号量解决同步问题的要点：

1.为同步双方设置各自的信号量，初值为其初始状态可用的资源数(故该信号量称为资源信号量或私有信号量)；

2.同步双方任一进程在进入临界区之前，应先对自己的资源信号量执行wait(<己方信号量>)操作，以测试是否有自己可用的资源。若有资源可用，则进入临界区，否则阻塞；

3.同步双方任一进程离开临界区后，应对合作方 (对方)的资源信号量执行signal(<对方信号量>)操作，以通知(若对方处于阻塞状态，则唤醒它)对方已有资源可用(对方已可进入临界区)。

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一个生产者、一个消费者、一个缓冲区

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注意：

重申信号量解决同步问题的要点：

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