###問題描述 一組生產者進程和一組消費者進程共享一個初始為空、大小為n的緩沖區，只有緩沖區沒滿時，生產者才能把消息放入到緩沖區，否則必須等待；只有緩沖區不空時，消費者才能從中取出消息，否則必須等待。由于緩沖區是臨界資源，它只允許一個生產者放入消息，或者一個消費者從中取出消息。 ###問題分析 1) 關系分析。生產者和消費者對緩沖區互斥訪問是互斥關系，同時生產者和消費者又是一個相互協作的關系，只有生產者生產之后，消費者才能消費，他們也是同步關系。 2) 整理思路。這里比較簡單，只有生產者和消費者兩個進程，正好是這兩個進程存在著互斥關系和同步關系。那么需要解決的是互斥和同步PV操作的位置。 3) 信號量設置。信號量mutex作為互斥信號量，它用于控制互斥訪問緩沖池，互斥信號量初值為1；信號量full用于記錄當前緩沖池中“滿”緩沖區數，初值為0。信號量empty 用于記錄當前緩沖池中“空”緩沖區數，初值為n。 生產者-消費者進程的描述如下： ~~~ semaphore mutex=1; //臨界區互斥信號量 semaphore empty=n; //空閑緩沖區 semaphore full=0; //緩沖區初始化為空 producer () { //生產者進程 while(1){ produce an item in nextp; //生產數據 P(empty); //獲取空緩沖區單元 P(mutex); //進入臨界區. add nextp to buffer; //將數據放入緩沖區 V(mutex); //離開臨界區,釋放互斥信號量 V(full); //滿緩沖區數加1 } } consumer () { //消費者進程 while(1){ P(full); //獲取滿緩沖區單元 P(mutex); // 進入臨界區 remove an item from buffer; //從緩沖區中取出數據 V (mutex); //離開臨界區，釋放互斥信號量 V (empty) ; //空緩沖區數加1 consume the item; //消費數據 } } ~~~ 該類問題要注意對緩沖區大小為n的處理，當緩沖區中有空時便可對empty變量執行P 操作，一旦取走一個產品便要執行V操作以釋放空閑區。對empty和full變量的P操作必須放在對mutex的P操作之前。如果生產者進程先執行P(mutex)，然后執行P(empty)，消費者執行P(mutex),然后執行P(fall),這樣可不可以？答案是否定的。設想生產者進程已經將緩沖區放滿，消費者進程并沒有取產品，即empty = 0，當下次仍然是生產者進程運行時，它先執行P(mutex)封鎖信號量，再執行P(empty)時將被阻塞，希望消費者取出產品后將其喚醒。輪到消費者進程運行時，它先執行P(mutex)，然而由于生產者進程已經封鎖mutex信號量，消費者進程也會被阻塞，這樣一來生產者、消費者進程都將阻塞，都指望對方喚醒自己，陷入了無休止的等待。同理，如果消費者進程已經將緩沖區取空，即 full = 0,下次如果還是消費者先運行，也會出現類似的死鎖。不過生產者釋放信號量時，mutex、full先釋放哪一個無所謂，消費者先釋放mutex還是empty都可以。 下面再看一個較為復雜的生產者-消費者問題: ###問題描述 桌子上有一只盤子，每次只能向其中放入一個水果。爸爸專向盤子中放蘋果，媽媽專向盤子中放橘子，兒子專等吃盤子中的橘子，女兒專等吃盤子中的蘋果。只有盤子為空時，爸爸或媽媽就可向盤子中放一個水果；僅當盤子中有自己需要的水果時，兒子或女兒 可以從盤子中取出。 ###問題分析 1) 關系分析。這里的關系稍復雜一些，首先由每次只能向其中放入一只水果可知爸爸和媽媽是互斥關系。爸爸和女兒、媽媽和兒子是同步關系，而且這兩對進程必須連起來，兒子和女兒之間沒有互斥和同步關系，因為他們是選擇條件執行，不可能并發，如圖2-8所示。 2) 整理思路。這里有4個進程，實際上可以抽象為兩個生產者和兩個消費者被連接到大小為1的緩沖區上。  圖2-9 進程之間的關系 3) 信號量設置。首先設置信號量plate為互斥信號量，表示是否允許向盤子放入水果，初值為1，表示允許放入，且只允許放入一個。信號量 apple表示盤子中是否有蘋果，初值為0，表示盤子為空，不許取，若apple=l可以取。信號量orange表示盤子中是否有橘子，初值為0，表示盤子為空，不許取，若orange=l可以取。解決該問題的代碼如下： ~~~ semaphore plate=l, apple=0, orange=0; dad() { //父親進程 while (1) { prepare an apple; P(plate) ; //互斥向盤中取、放水果 put the apple on the plate; //向盤中放蘋果 V(apple); //允許取蘋果 } } mom() { // 母親進程 while(1) { prepare an orange; P(plate); //互斥向盤中取、放水果 put the orange on the plate; //向盤中放橘子 V(orange); //允許取橘子 } } son(){ //兒子進程 while(1){ P(orange) ; //互斥向盤中取橘子 take an orange from the plate; V(plate); //允許向盤中取、放水果 eat the orange; } } daughter () { //女兒進程 while(1) { P(apple); // 互斥向盤中取蘋果 take an apple from the plate; V(plate); //運行向盤中取、放水果 eat the apple; } } ~~~ 進程間的關系如圖2-9所示。dad()和daughter()、mam()和son()必須連續執行，正因為如此，也只能在女兒拿走蘋果后，或兒子拿走橘子后才能釋放盤子，即V(plate)操作。