6. 分析进程同步和互斥问题的方法步骤
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## 6. 分析进程同步和互斥问题的方法步骤
1）关系分析。找出问题中的进程数，并分析它们之间的同步和互斥关系。同步、互斥、前驱关系直接按照上面例子中的经典范式改写。
2）整理思路。找出解决问题的关键点，并根据做过的题目找出求解的思路。根据进程的操作流程确定P操作、V操作的大致顺序。
3）设置信号量。根据上面的两步，设置需要的信号量，确定初值，完善整理。
## 2.3.5 经典同步问题
**前题追踪** ➔ 程序并发执行的分析（2011、2018）
**前题追踪** ➔ PV操作的应用题（2009、2011、2013、2014、2015、2017、2019）
### 1. 生产者-消费者问题
#### 问题描述：
系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者每次生产一个产品并放入缓冲区，消费者每次从缓冲区中取出一个产品并消费。生产者和消费者共享一个初始为空、大小为 $n$ 的缓冲区。只有当缓冲区不满时，生产者才能将产品放入缓冲区；否则必须等待。只有当缓冲区不空时，消费者才能从中取出产品；否则必须等待。缓冲区是临界资源，各进程必须互斥访问。
#### 问题分析：
1）关系分析。生产者和消费者对缓冲区的访问是互斥关系，同时生产者和消费者又是一个相互协作的关系，只有生产者生产之后，消费者才能消费，它们也是同步关系。
2）整理思路。这里比较简单，只有生产者和消费者两个进程，正好是这两个进程存在着互斥关系和同步关系。那么需要解决的是互斥和同步PV操作的位置。
3）信号量设置。信号量 mutex 作为互斥信号量，用于控制互斥访问缓冲池，互斥信号量初值为 1；信号量 full 用于记录当前缓冲池中的“满”缓冲区数，初值为 0。信号量 empty 用于记录当前缓冲池中的“空”缓冲区数，初值为 $n$。
我们对同步互斥问题的介绍是一个循序渐进的过程。上面介绍了一个同步问题的例子和一个互斥问题的例子，下面来看生产者-消费者问题的例子是什么样的。
生产者-消费者进程的描述如下：
monitor Demo { //①定义一个名称为 Demo 的管程
//②定义共享数据结构，对应系统中的某种共享资源
共享数据结构 S ;
//④对共享数据结构初始化的语句
init_code (){
S = 5 ; //初始资源数等于 5
}
take_away (){ //③过程 1：申请一个资源
对共享数据结构 S 的一系列处理 ；
S -- ; //可用资源数-1
...
}
give_back (){ //③过程 2：归还一个资源
对共享数据结构 S 的一系列处理 ；
S ++ ; //可用资源数+1
...
}
}
monitor Demo {
共享数据结构 S ;
condition x ; //定义一个条件变量 x
init_code (){ ... }
take_away (){
if ( S & amp ; lt ; = 0 ) x . wait (); //资源不够，在条件变量 x 上阻塞等待
资源足够 ， 分配资源 ， 做一系列相应处理 ;
}
give_back (){
归还资源 ， 做一系列相应处理 ;
if ( 有进程在等待 ) x . signal (); //唤醒一个阻塞进程
}
}
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