一、生产者-消费者问题
❝又称为有界缓存问题(「bounded buffer」)
❞
「问题描述」：一组生产者进程和消费者进程共享一个初始为空，大小为n的缓冲区。
(1)只有当缓冲区没满的时候，生产者才能将消息放进去，否则必须等待。
(2)只有当缓冲区不空的时候，消费者才能从中取消息，否则必须等待。
(3)由于缓冲区是临界资源，它只允许一个生产者放入消息，也只允许一个消费者拿出消息。
「分析」：首先，生产者之间，消费者之间是互斥的关系，同时生产者消费者之间又是协同的关系，属于进程同步。
信号量实现
计数信号量emptyblock表示buffer中空闲空间的个数(表示同时允许生产者进程的个数)
- 当buffer满时阻塞生产者进程(用来挂起生产者)
计数信号量fullblock表示buffer中占用空间的个数(表示同时允许消费者进程的个数)
- 当buffer为空是阻塞消费者进程(用来挂起消费者)
一个二元信号量实现对buffer的互斥访问
「逻辑代码：」
class boundedbuffer{
int buffer_size = N; //buffer大小
item_t buffer[buffer_size];
semaphore mutex(1)；
semaphore emptyblock(buffer_size);
semaphore fullblock(0);
}
boundedbuffer::productor(){
emptyblock->sem_wait(); //判断生产者是否要挂起到emptyblock信号量上
mutex->sem_wait(); // aquire lock
add item to buffer[];
mutex->sem_signal(); //unlock
fullblock->sem_signal(); //buffer占用空间个数加一，判断是否需要唤醒消费者
}
boundedbuffer::consummer(){
fullblock->sem_wait(); //判断buffer是否为空，消费者是否要挂起到fullblock信号量
mutex->sem_wait();
remove a item from buffer[];
mutex->sem_signal();
emptyblock->sem_signal(); //buffer空闲空间数量加一，判断是否需要唤醒生产者
}
「分析」：上述逻辑代码中，计数信号量的sem_wait操作和二元信号量的sem_wait操作不能互换(第九、十两行和第十六、十七两行)，互换之后会造成死锁，即生产者获得锁之后，此时又正好buffer满，因此被阻塞，而这时锁得不到释放，其他生产者和消费者都得不到执行。
互斥锁+条件变量实现(管程的原理)
一个条件变量notfull来阻塞和唤醒生产者
一个条件变量notempty来阻塞和唤醒消费者
一个互斥量保证互斥
「逻辑代码」：
class boundedbuffer{
int size = N;
item_t buffer[size];
int count = 0； //记录buffer状态，初始为空
mutex_lock mylock; //互斥锁
condition notfull, notempty; //条件变量
}
boundedbuffer::productor(){
mylock->aquire(); //加锁
while(count == N)
notfull->wait(&mylock); //阻塞生产者进程到notfull条件变量,会释放锁
add item to buffer;
count++;
notempty->signal(); //若有消费者阻塞，则通过notempty条件变量唤醒消费者
mylock->realse(); //unlock;
}
boundedbuffer::consumer(){
mylock->aquire(); //locked
while(count == 0)
notempty->wait(&mylock); //阻塞消费者进程，释放锁
remove a item from buffer;
coun