2.7 经典进程同步问题

2.7 经典进程同步问题

　　经典进程同步问题是从进程并发执行中归纳出的典型例子，这些问题常用来测试新的同步机制的可行性。主要的经典同步问题有生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题等。

　　2.7.1 生产者-消费者问题

　　生产者-消费者问题是著名的进程同步问题，它描述一组生产者进程向一组消费者进程提供消息。它们共享一个有界缓冲池，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。生产者-消费者问题是许多相互合作进程的一种抽象。假定缓冲池中有n个缓冲区，每个缓冲区存放一个消息。由于缓冲池是临界资源，它只允许一个生产者投入消息，或者一个消费者从中取出消息。生产者之间、生产者与消费者之间、消费者之间都必须互斥地使用缓冲池。所以必须设置互斥信号量mutex，它代表缓冲池资源，它的数值为1。
　　生产者和消费者之间应满足下列两个同步条件：
　　只有在缓冲池中至少有一个缓冲区已存入消息后，消费者才能从中提取消息；否则，消费者必须等待；
　　只有缓冲池中至少有一个缓冲区是空时，生产者才能把消息放入缓冲区；否则，生产者必须等待。
　　为了满足第一个同步条件，设置一个同步信号量full，它代表的资源是缓冲区中满的个数，它的初始值为0，当它的值为n时，整个缓冲池满。这个资源是消费者进程所拥有，消费者进程可以申请该资源，对它施加P操作，而生产者进程对它施加V操作。同样，为了满足第二个同步条件，设置另一个同步信号量empty，它代表的资源是缓冲区空的个数，它的初始值为n，表示缓冲池中所有缓冲区为空。
　　用类Pascal语言和信号量机制描述生产者-消费者问题的程序如下：