生产者与消费者问题

在学习进程互斥中,有个著名的问题:生产者-消费者问题。这个问题是一个标准的、著名的同时性编程问题的集合:一个有限缓冲区和两类线程,它们是生产者和消费者,生产者把产品放入缓冲区,相反消费者便是从缓冲区中拿走产品。

生产者在缓冲区满时必须等待,直到缓冲区有空间才继续生产。消费者在缓冲区空时必须等待,直到缓冲区中有产品才能继续读取。

在这个问题上主要考虑的是:缓冲区满或缓冲区空以及竞争条件(race condition)。以下是一个含竞争条件的生产者-消费者问题实例。

#define N 100 /*number of slots in the buffer*/

int count=0; /*number of items in the buffer*/

void producer(void) {

int item;

while(TRUE) {

produce_item(&item);

if (count==N) sleep();

enter_item(item);

count=count+1;

if (count==1) wakeup(consumer);

}

}

void comsumer(void) {

int item;

while(TRUE) {

if(count==0) sleep();

remove_item(&item);

count=count-1;

if (count==N-1) wakeup(producer);

consume_item(item);

}

}

在这个实例中,首先定义了一个大小为100的公共缓冲区,也就是临界资源,然后的count便是缓冲区中产品的数目,初始化为0。producer函数是生产者函数,produce_item(&item);是指生产者生产出来一个产品,但是这时候并没有对缓冲区进行操作。而if (count==N) sleep();是测试语句,如果生产出来的产品数和缓冲区大小相等时,生产者就进入睡眠状态。如果不等,产品就放入缓冲区内,并且产品数增加1。if (count==1) wakeup(consumer);这条语句看上去让人十分费解,其实它的意思是,如果上一次操作时产品的数目为0,消费者已经进入了睡眠状态,而现在生产者又生产出来一个产品,缓冲区内不为空,这时把消费者唤醒。消费者函数也是同样的道理,只不过一个是取,另一个是放。

我们可以看到,这里存在潜在的竞争条件,所谓竞争条件就是这样一种情况:多个线程对数据产生的作用要依赖于线程的调度顺序的。当两个线程竞相访问同一数据时,就会发生竞争条件。由于时间片的原因,一个线程可以在任意一个时刻打断其他线程,因此数据可能会被破坏或者被错误地解释。在这个实例上反应的结果是,生产者和消费者两个进程都永远睡眠。

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