6：生产者消费者问题
生产者与消费者问题
⽣产者与消费者问题⽣产者与消费者问题是Java多线程中⼀道⾮常经典的问题，问题如下： ⽣产者与消费者问题也称缓存问题，⽣产者与消费者即Java 中的线程，⽣产者与消费者问题即⽣产者⽣产⼀定数量的线程放⼊缓存区中，供消费者消费者消费，在消费和⽣产的过程中，如果⽣产者⽣产的产品超过了缓存区的上限则停⽌⽣产，等待消费者消费，如果缓存区的产品被消费完，消费者则停⽌消费，等待⽣产者⽣产 ⾸先，我们来看题⽬，从题⽬中我们⼀个可以抽取出⼏个实体类呢？答案是4个 Consumer（消费者），Producer（⽣产者），Product（产品），WareHouse（缓冲区，也叫仓库），于是项⽬结构如下，main 为测试类产品类package ProducersAndConsumers;//产品public class Product {//产品需要⼀个id 来表明产品的唯⼀性private Integer productId;//id直接由构造⽅法传⼊public Product(Integer productId) {this.productId = productId;}public Integer getProductId() {return productId;}@Overridepublic String toString() {return "Product{" +"productId=" + productId +'}';}}仓库package ProducersAndConsumers;import java.util.LinkedList;//仓库类public class WareHouse {//仓库容量，我们设置为10个private final int max = 10;//仓库基础的数量private final int base = 0;//我们设置⼀个集合来存放⽣产的产品，由于我们需要⼀个可以弹出最后⼀个产品的⽅法，所以我们在这⾥使⽤LinkedListprivate LinkedList<Product> products = new LinkedList<>();//⽣产⽅法public synchronized void push(Product product) {//判断是否有空间存放产品while(max==products.size()){try{System.out.println("仓库已满，消费者快来消费"+Thread.currentThread().getName()+"停⽌⽣产");//仓库满后停⽌当前线程this.wait();}catch (Exception ex){ex.printStackTrace();}}//⽣产商品products.addLast(product);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"⽣产了⼀个产品:"+product.getProductId()+"号");try{//等待1秒，⽅⾯我们观察Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}notifyAll();}//消费⽅法public synchronized void pop() {//判断是否有产品while (products.size()==base){try{System.out.println("仓库空了，⽣产者快点⽣产"+Thread.currentThread().getName()+"停⽌消费");//仓库空后停⽌当前线程this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//消费商品System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费了⼀个产品:"+products.getLast().getProductId()+"号"); products.removeLast();try{//等待1秒，⽅⾯我们观察Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}notifyAll();}}⽣产者package ProducersAndConsumers;//⽣产者public class Producer implements Runnable {//⽣产产品的idprivate int count = 0;//仓库private WareHouse wareHouse;//⽣产者和消费者都是⽤同⼀个仓库，所以我们只要声明⼀个仓库，在由构造⽅法传⼊即可public Producer(WareHouse wareHouse) {this.wareHouse = wareHouse;}//⽣产⽅法@Overridepublic void run() {while (true){Product product = new Product(count);wareHouse.push(product);// 产品id不可重复，所以我们使⽤⾃增策略count++;}}}消费者package ProducersAndConsumers;public class Consumer implements Runnable{//仓库private WareHouse wareHouse;//⽣产者和消费者都是⽤同⼀个仓库，所以我们只要声明⼀个仓库，在由构造⽅法传⼊即可public Consumer(WareHouse wareHouse) {this.wareHouse = wareHouse;}//消费⽅法@Overridepublic void run() {while (true){wareHouse.pop();}}}最后测试类package ProducersAndConsumers;//测试类public class Main {public static void main(String[] args) {WareHouse wareHouse = new WareHouse();Producer producer = new Producer(wareHouse);Consumer consumer = new Consumer(wareHouse); Thread producerT = new Thread(producer,"⽣产者"); Thread consumerT = new Thread(consumer,"消费者"); producerT.start();consumerT.start();}}。
关于生产者消费者问题
形象启发分层解剖——PV操作教学引导实践【摘要】PV操作及利用PV原语实现进程间的同步互斥是计算机操作系统中一个非常重要的学习内容。
本文详细介绍了形象启发，分层解剖的教学方法在教学中的应用，希望以此引出更优的教学方法。
【关键词】PV操作、形象启发、分层解剖、生产消费者问题、多媒体课件PV操作及同步互斥的实现是操作系统这门课中最抽象,也是学生难以理解的知识内容之一，其中生产消费者问题又是PV操作中最为经典的案例，学生要深刻理解这个知识点并不容易。
为了取得较好的教学效果，帮助学生深刻理解这个知识点，本人制作了多媒体课件《PV操作及实现同步互斥》，把抽象的内容具体化，由浅到深，化解难点，通过形象启发，分层解剖的科学教学方法，提高了学生学习积极性，在教学实践中取得非常显著的效果。
一、明确定义要理解生产消费者问题，首先应弄清PV操作的含义：PV操作是由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；②如果S≥0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
这只是书本的定义，对于这部分内容，老师先不要急于解释上面的程序流程，而是应该让学生首先知道P操作与V操作到底有什么作用。
P操作相当于申请资源，而V操作相当于释放资源。
所以要学生记住以下几个关键字：P操作-----→申请资源V操作----→释放资源二、形象启发为此举两个生活中的例子：例一：在公共电话厅打电话公共电话厅里有多个电话，如某人要打电话，首先要进行申请，看是否有电话空闲，若有，则可以使用电话，如果电话亭里所有电话都有人正在使用，那后来的人只有排队等候。
当某人用完电话后，则有空电话腾出，正在排队的第一个人就可以使用电话。
这就相当于PV操作：某人要打电话，首先要进行申请，相当于执行一次P操作，申请一个可用资源（电话）；某人用完电话，则有空电话腾出，相当于执行一次V操作，释放一个可用资源（电话）。
生产者消费者问题例题及详解
生产者消费者问题例题及详解生产者消费者问题是一个经典的并发问题，涉及到两个独立的线程：生产者和消费者。
生产者生产物品，消费者消费物品。
生产者、消费者共享一个公共的固定大小的缓冲区。
以下是一个简单的生产者消费者问题的例子：假设有一个固定大小的缓冲区，大小为N。
生产者负责生成数据放入缓冲区，而消费者负责从缓冲区取出数据并处理。
1. 当缓冲区为空时，消费者被阻塞，等待生产者生产数据。
2. 当缓冲区满时，生产者被阻塞，等待消费者消费数据。
3. 缓冲区的每个元素只能被消费一次。
4. 缓冲区是循环使用的，即当缓冲区的最后一个元素被消费后，下一个元素将是缓冲区的第一个元素。
问题：如何实现这个生产者消费者模型？解答：可以使用条件变量和互斥锁来实现这个模型。
首先，定义一个缓冲区数组和一个计数器变量来跟踪缓冲区的使用情况。
然后，定义两个条件变量：一个用于生产者等待缓冲区非空，另一个用于消费者等待缓冲区非空。
最后，使用互斥锁来保护对缓冲区和计数器的访问。
以下是使用C++实现的代码示例：```cppinclude <iostream>include <thread>include <mutex>include <condition_variable>const int N = 5; // 缓冲区大小int buffer[N]; // 缓冲区数组int count = 0; // 计数器变量，表示缓冲区的使用情况std::mutex mutex; // 互斥锁std::condition_variable cv_prod; // 生产者等待条件变量std::condition_variable cv_cons; // 消费者等待条件变量void producer() {for (int i = 0; i < N 2; i++) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);cv_(lock, []{ return count < N; }); // 等待缓冲区非空buffer[count] = i; // 生产数据放入缓冲区std::cout << "Producer produced " << i << std::endl;count++; // 更新计数器变量if (count == N) count = 0; // 循环使用缓冲区cv__one(); // 通知消费者消费数据}}void consumer() {for (int i = 0; i < N 2; i++) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);cv_(lock, []{ return count > 0; }); // 等待缓冲区非空int data = buffer[count]; // 从缓冲区取出数据并处理 std::cout << "Consumer consumed " << data << std::endl;count--; // 更新计数器变量if (count == -1) count = N - 1; // 循环使用缓冲区cv__one(); // 通知生产者生产数据}}int main() {std::thread prod(producer); // 创建生产者线程 std::thread cons(consumer); // 创建消费者线程 (); // 等待生产者线程结束(); // 等待消费者线程结束return 0;}```。
操作系统中的经典问题——生产者消费者问题（两种方式实现）
操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题（两种⽅式实现）操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题（两种⽅式实现）1、问题引⼊：什么是⽣产者消费者问题？⽣产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是⼀个多线程同步问题的经典案例。
该问题描述了共享固定⼤⼩缓冲区的两个线程——即所谓的“⽣产者”和“消费者”——在实际运⾏时会发⽣的问题。
⽣产者的主要作⽤是⽣成⼀定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。
与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。
该问题的关键就是要保证⽣产者不会在缓冲区满时加⼊数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
.要解决该问题，就必须让⽣产者在缓冲区满时休眠（要么⼲脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，⽣产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。
同样，也可以让消费者在缓冲区空时进⼊休眠，等到⽣产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。
通常采⽤进程间通信的⽅法解决该问题。
如果解决⽅法不够完善，则容易出现死锁的情况。
出现死锁时，两个线程都会陷⼊休眠，等待对⽅唤醒⾃⼰。
该问题也能被推⼴到多个⽣产者和消费者的情形。
2、问题分析该问题需要注意的⼏点：1. 在缓冲区为空时，消费者不能再进⾏消费2. 在缓冲区为满时，⽣产者不能再进⾏⽣产3. 在⼀个线程进⾏⽣产或消费时，其余线程不能再进⾏⽣产或消费等操作，即保持线程间的同步4. 注意条件变量与互斥锁的顺序由于前两点原因，因此需要保持线程间的同步，即⼀个线程消费（或⽣产）完，其他线程才能进⾏竞争CPU，获得消费（或⽣产）的机会。
对于这⼀点，可以使⽤条件变量进⾏线程间的同步：⽣产者线程在product之前，需要wait直⾄获取⾃⼰所需的信号量之后，才会进⾏product的操作；同样，对于消费者线程，在consume之前需要wait直到没有线程在访问共享区（缓冲区），再进⾏consume的操作，之后再解锁并唤醒其他可⽤阻塞线程。
生产者消费者问题操作系统课程设计思路
//System.out.print(""+this.toString()+"is
waitting\n");//**
}catch(InterruptedException e){}
}
}
模拟操作系统的P操作
public synchronized void v(String ss){//V操作
Value++;
生产者消费者问题操作系统课程设计 思路
技术路线
生产者—消费者
多生产者多消费者
同步
互斥
并发
可视化
管程实现
P（）/ V（）
Java中的 wait()和notify()
多线程
Thread
Java Swing和awt
生产者消费者问题操作系统课程设计 思路
核心技术（1）
模拟P、V操 作： PS：用Java中的wait()和notify()模拟
public synchronized void p(String s){
//P操作（即申请资源）
Value--;
if(Value<0){//没有可用资源
try{
System.out.print(""+s+"进入阻塞队列\n");
frame.a1.append(""+s+"进入阻塞队列\n");
this.wait(); //因资源不足而阻塞自己
生产者消费者问题操作系统课程设计 思路
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/8
生产者—消费者问题
第一章、概述1.1 课题背景在多道程序环境下，进程同步问题十分重要，也是一个相当有趣的问题，因而吸引了不少学者对它进行研究，并由此而产生了一系列经典的进程同步问题。
其中比较有代表性的有“生产者—消费者问题” 、“读者—写者问题” 、“哲学家进餐问题”等等。
通过对这些问题的研究和学习，可以帮助我们更好地理解进程同步概念及实现方法。
1.2生产者—消费者问题生产者—消费者问题（Producer_consumer）是一个经典的进程同步问题。
它描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将此产品提供给消费者进程去消费。
为使生产者进程和消费者进程能并发执行，在它们之间设置有个缓冲区的缓冲池，生产者进程可将它所生产的产品放入一个缓冲区中，消费者进程可从一个缓冲区取得一个产品消费。
尽管所有的生产者进程和消费者进程都是以异步的方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品，也不允许生产者进程向一个已装有消息尚未被取走产品的缓冲区投放产品。
如下图所示：1.3进程同步机制在中引入进程后，虽然提高了资源的利用率和系统的吞吐量，但由于进程的异步性，也会给系统造成混乱，尤其是在它们争用临界资源的时候。
例如，当多个进程去争用一台打印机时，有可能使多个进程的输出结果交织在一起，难于区分；而当多个进程去争用共享变量，表格，链表时，有可能使数据处理出错。
进程同步的主要任务就是使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
1.4进程同步优点进程同步其优点在于能够让操作系统更加有效地对资源进行管理和调度，最大潜力地发挥处理机的性能。
让系统的执行更加畅通无阻，尽可能地让系统少出现一些由于系统资源分配不合理所带来的死锁、死机之类的事情的发生。
保持了处理机的高速运行之后从用户角度来说程序运行所花费的时间就会更短。
从而保证了处理机在相同的时间内有更大的吞吐量。
而把并发进程的同步和互斥问题一般化，就可以得到一个抽象的一般模型，即本次课程设计的任务：生产者—消费者问题。
生产者与消费者问题理解（转载+个人理解）
⽣产者与消费者问题理解（转载+个⼈理解）⼀、问题描述⼆、问题分析该问题中出现的主要的两种关系：①⽣产者—消费者之间的同步关系表现为：⼀旦缓冲池中所有缓冲区均装满产品时，⽣产者必须等待消费者提供空缓冲区；⼀旦缓冲池中所有缓冲区全为空时，消费者必须等待⽣产者提供满缓冲区。
②⽣产者—消费者之间还有互斥关系：由于缓冲池是临界资源，所以任何进程在对缓冲区进⾏存取操作时都必须和其他进程互斥进⾏。
PV操作题⽬分析的步骤：1.关系分析。
找出题⽬中描述的各个进程，分析它们之间的同步、互斥关系。
2.整理思路。
根据各进程的操作流程确定PV操作的⼤致顺序。
3.设置信号量。
设置需要的信号量，并根据题⽬条件确定信号量的初值。
（互斥信号量初值⼀般为1，同步信号量的初值需要看对应资源的初始值是多少）在这⾥：互斥的实现是在同⼀个进程中进⾏的⼀对PV操作。
同步的实现是在两个进程中进⾏的，在⼀个进程中执⾏P操作，在另⼀个进程中执⾏V操作。
semaphore mutex = 1; //互斥信号量semaphore empty = n; //同步信号量。
空闲缓冲区的数量semaphore full = 0; //同步信号量。
产品的数量，⾮空缓冲区的数量producer(){while(1){⽣成⼀个产品;P(empty); //消耗⼀个空闲缓冲区P(mutex);把产品放⼊缓冲区;V(mutex);V(full) //增加⼀个产品}}consumer(){while(1){P(full); //消耗⼀个产品P(mutex);从缓冲区取出⼀个产品;V(mutex);V(empty); //增加⼀个空闲缓冲区使⽤产品;}}实现互斥的P操作⼀定要放在实现同步的P操作之后！我们观察上⾯的代码，⽣产者⽣产产品和消费者使⽤产品这两个操作都是放在各⾃进程的PV操作之外的，那么能不能放在各⾃的PV操作之内呢？其实从逻辑上来说是可以的，⽐如从缓冲区取出⼀个产品之后⽴即使⽤这个产品，但是这样就会造成临界区的代码量变⼤，消费者进程访问临界区将会耗费更多的时间，若此时有别的进程想要访问临界区是会被阻塞的，若将这些不是很⾮代码也放⼊临界区，会造成进程的并发度降低。
经典同步互斥问题
经典同步互斥之生产者—消费者问题生产者—消费者同步问题其实际上就是生活中同步、互斥问题的一个抽象模型，如多个进程合作解决文件打印的问题，汽车行驶过程中司机与售票员的活动问题，理发师理发问题等等。
要解决同步互斥问题，最主要的是理清楚活动者之间的同步关系，还有某些问题中变量的互斥问题。
分析清楚之后就是设置信号量，设置几个，并且根据实际情况给出信号量的初值。
生产者—消费者问题就是生产者进程向消费者进程提供消息。
生产者生产商品存入空缓冲区内，而消费者从缓冲区内取出产品并消费。
1、一个生产者P和一个消费者Q（其中只有同步问题）其同步关系为：（1）P进程不能向“满”的缓存区内存放产品，即仅当有一个空缓存区时才能放产品，设置信号量empty,初值为0，用于指示空缓存区数目。
（2）Q进程不能从空的缓存区中取产品，设置信号量full，初值为0，用于指示满缓存区的数目。
注意：a）在P、V操作中，P、V操作必须成对出现；b）在互斥关系中P、V操作在同一进程内；【c）在同步关系中P、V操作在不同的进程内。
其同步问题解决如下：P: //生产者repeat生产一个产品;送产品到缓冲区;V(full);//释放一个满的缓冲区;P(empty); //申请一个空的缓冲区存放产品;until false;；Q: //消费者repeatP(full);//申请一个满的缓存区取产品从缓存区取产品;V(empty);//产品取完后释放掉该空的缓存区消费产品;until false;2、多个生产者和多个消费者多个生产者和消费者问题中，缓存区属于临界资源，它只允许一个生产者放入产品或者一个消费者从中取产品。
生产者之间、生产者与消费者之间、消费者之间都必须互斥的使用缓冲区。
其中既存在同步问题，又存在互斥问题。
其同步关系为：（1）>（2）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。
设置信号量empty,初值为n，用于指示空缓冲区的数目；（3）至少有一个缓存区是空的，生产者才能将消息存入缓冲区，否则生产者必须等待。
生产者消费者问题
⽣产者消费者问题⽣产者消费者问题背景在并发编程中，⽣产者消费者问题(producer/consumer)是⼀个经典的⽼⽣常谈的问题，有时也称为有界缓冲区问题。
问题的基本背景假设是：我们有⼀个固定⼤⼩的缓冲区，这个缓冲区分别有两种⼯作性质不同的线程去操作。
其中⼀种线程负责向缓冲区中写⼊数据，我们称之为⽣产者线程。
另⼀种线程则负责从缓冲区中拿取数据，并称之为消费者线程。
同时两种线程的写⼊和拿取⼯作要遵循⼀定的规则：1. 缓冲区未写满时，⽣产者线程可以向缓冲区中写⼊数据。
但是消费者线程不能从缓冲区中读取数据。
2. 缓冲区写满时，⽣产者线程不能向缓冲区中写⼊数据，消费者线程可以冲缓冲区中读取数据。
3. 不管是那种性质的线程，在操作缓冲区时，均不可出现并发安全问题。
分析可以得知，解决⽣产者消费者问题，其实就是要解决线程同步问题与共享资源互斥访问问题。
互斥问题的解决可以借助锁来实现，⽽线程同步则需借助信号量或其他⼯具来实现。
Java实现class FixedSizeBuffer{private static final int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 1024;private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 共享资源访问锁private final Condition isFull = lock.newCondition(); // buffer是否已满private final Condition isEmpty = lock.newCondition(); // buffer是否还空着private final int size; // buffer的⼤⼩private final byte[] buffer; // bufferprivate int cursor; // 写⼊游标public FixedSizeBuffer(){this(DEFAULT_BUFFER_SIZE);}public FixedSizeBuffer(int size){if (size <= 0) throw new IllegalArgumentException();this.size = size;this.buffer = new byte[size];cursor = -1;}/*** 向buffer中写⼊⼀个字节的数据* @param content 数据内容* @throws InterruptedException 中断异常*/public void putByte(byte content) throws InterruptedException{/*由于要对共享资源buffer进⾏访问，所以要加锁。
操作系统生产者和消费者问题
生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题，已经属于化石级别的了。
该问题最早由Dijkstra 提出，用以演示他提出的信号量机制。
要求设计在同一个进程地址空间内执行的两个线程。
生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。
消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。
当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。
当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。
要求设计并实现一个进程，该进程拥有一个生产者线程和一个消费者线程，它们使用N个不同的缓冲区（N为一个自定义的确定的数值，例如N=32）。
需要使用如下信号量：•一个互斥信号量，用以阻止生产者线程和消费者线程同时操作缓冲区列表；•一个信号量，当生产者线程生产出一个物品时可以用它向消费者线程发出信号；•一个信号量，消费者线程释放出一个空缓冲区时可以用它向生产者线程发出信号；看代码吧：//pv操作：生产者与消费者经典问题//author:leaf#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<semaphore.h>#define M 32 /*缓冲数目*/#define P(x)sem_wait(&x)#define V(x)sem_post(&x)int in = 0;/*生产者放置产品的位置*/int out = 0;/*消费者取产品的位置*/int buff[M]={0};/*缓冲初始化为0，开始时没有产品*/sem_t empty_sem;/*同步信号量，当满了时阻止生产者放产品*/sem_t full_sem;/*同步信号量，当没产品时阻止消费者消费*/pthread_mutex_t mutex;/*互斥信号量，一次只有一个线程访问缓冲*//**output the buffer*/void print(){int i;for(i = 0; i < M; i++)printf("%d ", buff[i]);printf("\n");}/**producer*/void*producer(){for(;;){sleep(1);P(empty_sem);pthread_mutex_lock(&mutex);in = in % M;printf("(+)produce a product. buffer:");buff[in]= 1;print();++in;pthread_mutex_unlock(&mutex);V(full_sem);}}/**consumer*/void*consumer(){for(;;){sleep(2);P(full_sem);pthread_mutex_lock(&mutex);out = out % M;printf("(-)consume a product. buffer:");buff[out]= 0;print();++out;pthread_mutex_unlock(&mutex);V(empty_sem);}}void sem_mutex_init(){/**semaphore initialize*/int init1 = sem_init(&empty_sem, 0, M);int init2 = sem_init(&full_sem, 0, 0);if((init1 != 0)&&(init2 != 0)){printf("sem init failed \n");exit(1);}/**mutex initialize*/int init3 =pthread_mutex_init(&mutex,NULL);if(init3 != 0){printf("mutex init failed \n");exit(1);}}int main(){pthread_t id1;pthread_t id2;int i;int ret;sem_mutex_init();/*create the producer thread*/ret =pthread_create(&id1,NULL, producer,NULL);if(ret != 0){printf("producer creation failed \n");exit(1);}/*create the consumer thread*/ret =pthread_create(&id2,NULL, consumer,NULL);if(ret != 0){printf("consumer creation failed \n");exit(1);}pthread_join(id1,NULL);pthread_join(id2,NULL);exit(0);}程序执行结果：其中1表示已经生产出的产品，1的个数就代表已生产出的产品个数。
详细描述什么是生产者和消费者问题
详细描述什么是生产者和消费者问题.
生产者和消费者问题是经济学中的一个基本理论，它研究如何调节生产规模与利润最大化。
当某些人的效用水平不断提高时，他就会增加对这类物品的需求；而当他们的收入水平相应地达到了一定程度以后，则会减少或停止对这类物品的需求。
从表面上看来，在消费者效用最大化行为和企业利润最大化目标之间存在着冲突，实际情况并非如此。
假设有甲乙两种商品： A 商品每单位价格为2元 B 商品每单位价格为1元消费者只能购买其中之一。
但可以购买更多，且认为所有商品的总价值等于各自价格乘积之和。
显然，如果把 A 商品卖出去，那么甲商品便属于消费者，同样的道理，消费者也可以将 A 商品出售给生产者，换回 B 商品。
由于市场交易成本很低， A 商品和 B 商品都可以得到补偿。
因此，在经济资源配置中，最重要的是使有限的生产资源通过贸易得到合理、充分的利用，尽量避免资源浪费和环境污染。
显然，根据这一原理，我国现阶段实施市场机制运作的“两头在外”的市场体系与美国等发达国家是无法相比的。
从长远考虑，我国必须建立统一开放竞争的市场体系，实现资源的优化配置。
- 1 -。
生产者消费者问题
insert_item(item); // 将新数据放入缓冲区
up(&mutex); // 离开临界区
if (count == N -1) // 缓冲区有空槽
{ // 唤醒生产者
consumer_item(item); // 处理数据项
}
}
该解决方案使用了三个信号量：一个为 full，用来记录充满的缓冲槽的数目，一个为 empty，记录空的缓冲槽总数，一个为 mutex，用来确保生产者和消费者不会同时访问缓冲区。mutex 的初始值为 1，供两个或者多个进程使用的信号量，保证同一个时刻只有一个进程可以进入临界区，称为二元信号量（binary semaphore）。如果每一个进程在进入临界区前都执行一个 down(...)，在刚刚退出临界区时执行一个 up(...)，就能够实现互斥。
生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作有界缓冲区（bounded-buffer）问题，两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者，用于将消息放入缓冲区；另外一个是消费者，用于从缓冲区中取出消息。问题出现在当缓冲区已经满了，而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情形，其解决方法是让生产者此时进行休眠，等待消费者从缓冲区中取走了一个或者多个数据后再去唤醒它。同样地，当缓冲区已经空了，而消费者还想去取消息，此时也可以让消费者进行休眠，等待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。
// 缓冲区大小
#define N 100
int count = 0; // 跟踪缓冲区的记录数
/* 生产者进程 */
void procedure(void)
生产者消费者问题 操作系统课程设计
生产者消费者问题操作系统课程设计本文介绍了操作系统课程设计中的生产者消费者问题。
生产者消费者问题是一种经典的同步问题，涉及到多个线程或进程的协作与同步。
在该问题中，有一定数量的生产者和消费者，它们共享一个有限的缓冲区。
生产者负责往缓冲区中添加数据，而消费者则负责从缓冲区中取出数据。
缓冲区的大小是有限的，当缓冲区已满时，生产者就需要等待，直到有消费者来取出数据；当缓冲区为空时，消费者也需要等待，直到有生产者添加数据为止。
为了解决生产者消费者问题，操作系统课程设计中通常采用信号量机制来进行同步和互斥。
生产者和消费者需要共享两个信号量：一个用来表示空闲缓冲区的数量，另一个用来表示有数据的缓冲区的数量。
当生产者添加数据时，需要使用信号量将空闲缓冲区的数量减1，然后将数据添加到缓冲区；当消费者取出数据时，需要使用信号量将有数据的缓冲区的数量减1，然后将数据从缓冲区中取出。
当缓冲区已满或为空时，线程需要进行等待，直到有信号量被释放。
操作系统课程设计中，生产者消费者问题可以作为实验来进行实践。
通过编写程序实现生产者消费者问题，可以加深对操作系统中同步和互斥的理解，同时也可以提高编程能力和解决问题的能力。
- 1 -。
生产者消费者问题总结
⽣产者消费者问题总结⽣产者-消费者算是并发编程中常见的问题。
依靠缓冲区我们可以实现⽣产者与消费者之间的解耦。
⽣产者只管往缓冲区⾥⾯放东西，消费者只管往缓冲区⾥⾯拿东西。
这样我们避免⽣产者想要交付数据给消费者，但消费者此时还⽆法接受数据这样的情况发⽣。
wait notify这个问题其实就是线程间的通讯，所以要注意的是不能同时读写。
⽣产者在缓冲区满的时候不⽣产，等待；消费者在缓冲区为空的时候不消费，等待。
⽐较经典的做法是wait和notify。
⽣产者线程执⾏15次set操作public class Producer implements Runnable{private Channel channel;public Producer(Channel channel) {this.channel = channel;}@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<15;i++){channel.set(Thread.currentThread().getName()+" "+i);}}}消费者线程执⾏10次get操作public class Consumer implements Runnable {private Channel channel;public Consumer(Channel channel) {this.channel = channel;}@Overridepublic void run() {for(int i=0;i<10;i++){System.out.println("Consumer "+Thread.currentThread().getName()+" get "+channel.get());}}}现在定义Channel类,并创建两个⽣产者线程和三个消费者线程public class Channel {private List<String> buffer=new ArrayList<>();private final int MAX_SIZE=10;public synchronized String get(){while (buffer.size()==0){//不要⽤if，醒来了也要再次判断try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}String str=buffer.remove(0);notifyAll();return str;}public synchronized void set(String str){while (buffer.size()==MAX_SIZE){try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}buffer.add(str);notifyAll();}public static void main(String[] args) {Channel channel=new Channel();Producer producer=new Producer(channel);Consumer consumer=new Consumer(channel);for(int i=0;i<2;i++){new Thread(producer).start();}for (int i=0;i<3;i++){new Thread(consumer).start();}}}使⽤notifyAll⽽不是notify的原因是，notify有可能出现多次唤醒同类的情况，造成“假死”。
计算机操作系统课程设计报告《生产者---消费者问题》
《计算机操作系统》课程设计题目：生产者---消费者问题专业：软件工程年级：2010级小组成员： A B指导教师：时间：地点：2012年5 月摘要生产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。
该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。
生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。
与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。
该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。
生产者和消费者彼此之间不直接通讯，而通过阻塞队列来进行通讯，所以生产者生产完数据之后不用等待消费者处理，直接扔给阻塞队列，消费者不找生产者要数据，而是直接从阻塞队列里取，阻塞队列就相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。
目录1. 概述 (4)2. 课程设计任务及要求 (4)2.1 设计任务 (4)2.2 设计要求 (4)2.3 分工日程表 (4)3. 算法及数据结构 (5)3.1算法的总体思想 (5)3.2 生产者模块 (5)3.3 消费者模块 (7)4. 程序设计与实现 (8)4.1 程序流程图 (8)4.2 程序代码 (9)4.3 实验结果 (14)5. 结论 (17)6. 收获、体会和建议 (17)6.1收获......................................... 错误！未定义书签。
7. 参考文献 (18)1. 概述本课题设计是完成了“操作系统原理”课程进行的一次全面的综合训练，通过这次课程设计，充分检验学生对课程的掌握程度和熟练情况，让学生更好的掌握操作系统的原理及其实现方法，加深对课程的基础理论和算法的理解，加强学生的动手能力。
生产者消费者问题实践报告问题建议
生产者消费者问题实践报告问题建议下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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二十三类消费者之应对策略
二十三类消费者之应对策略在当前的经济环境下，消费者面临多种不同类型的挑战和问题。
为了更好地应对这些困境，消费者需要拥有一定的应对策略。
本文将介绍二十三类消费者所面临的问题，并提出相应的应对策略，助其更好地应对各种消费场景。
第一类：有限收入消费者对于收入有限的消费者来说，制定合理的预算和理智的消费习惯至关重要。
首先，消费者可以根据自身收入情况合理分配资金，确保基本需求的满足。
其次，避免走向消费陷阱，例如避免不必要的借贷和负债。
最后，注意优化购物策略，如通过比价、打折优惠和促销活动等方式获取更多优惠。
第二类：冲动消费者冲动购物常常导致购买冗余的产品或服务，浪费了金钱和资源。
因此，冲动消费者需要培养理性和自律的购物习惯。
建议冲动消费者在购物前制定购物清单，并坚守自己的购物计划。
此外，可以建立一个待购清单，避免冲动购物时对不必要的商品产生兴趣。
第三类：忠诚度消费者忠诚度消费者容易陷入品牌陷阱，忽略了其他产品的性价比。
为了更好地应对这种情况，忠诚度消费者应该保持开放的心态，多尝试不同品牌和产品。
通过比较，忠诚度消费者可以找到更合适、更具性价比的产品。
缺乏信用历史的消费者在租房、贷款、信用卡等方面会遇到一系列问题。
在这种情况下，消费者可以努力建立自己的信用记录。
例如，开立信用卡并按时还款、稳定履行租房合同、积极购买分期付款产品等。
通过这些方式，消费者可以逐渐建立信用并获得更多的信任。
第五类：信息不对称消费者信息不对称会导致消费者在购买过程中无法获得准确的信息，从而影响购买决策。
针对这个问题，消费者可以通过多渠道获取信息，如互联网、口碑、媒体报道等。
此外，可以积极参与论坛和讨论，向其他消费者获取产品或服务的真实评价。
第六类：产品质量有问题消费者购买到质量有问题的产品会给消费者带来不必要的麻烦和损失。
对于这种情况，消费者可以加强对产品质量的辨别能力。
例如，仔细查看产品包装和标签，尽量选择有资质和信誉的品牌，购买时注意检查产品外观。
计算机操作系统复习题目(2)
第二章进程管理（三）进程同步5、经典同步问题1、生产者—消费者问题生产者消费者问题是一种同步问题的抽象描述。
计算机系统中的每个进程都可以消费（使用）或生产（释放）某类资源。
这些资源可以是硬件资源，也可以是软件资源。
当某一进程使用某一资源时，可以看作是消费，称该进程为消费者。
而当某一进程释放某一资源时，它就相当于生产者。
问题1：设某计算进程CP和打印进程IOP共用一个单缓冲区，CP进程负责不断地计算数据并送入缓冲区T中，IOP进程负责不断地从缓冲区T中取出数据去打印。
通过分析可知，ＣＰ、ＩＯＰ必须遵守以下同步规则：(1)当ＣＰ进程把计算结果送入缓冲区时，IOP进程才能从缓冲区中取出结果去打印;(2)当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印后，ＣＰ进程才能把下一个计算结果送入缓冲区.(3)为此设有两个信号量Sa=0，Sb=1，Sa表示缓冲区中有无数据，Sb表示缓冲区中有无空位置。
两个进程的同步可以描述如下：问题2：一组生产者通过具有N个缓冲区的共享缓冲池向一组消费者提供数据。
问题分析”：为解决生产者消费者问题，应该设两个同步信号量，一个说明空缓冲区的数目，用empty表示，初值为有界缓冲区的大小N，另一个说明已用缓冲区的数目，用full表示，初值为０。
由于在此问题中有M个生产者和N个消费者，它们在执行生产活动和消费活动中要对有界缓冲区进行操作。
由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以，另外还需要设置一个互斥信号量mutex，其初值为１。
问题的解：注意：在每个程序中用于实现互斥的P(mutex)和V(mutex)必须成对的出现对资源信号量empty和full的P和V操作，同样需要成对地出现，但它们分别处于不同的程序中。
在每个程序中的多个P操作顺序不能颠倒。
先同步后互斥。
生产者进程缓冲池消费者进程1┇┇i┇┇2、哲学家就餐问题有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子。
生产者、消费者问题初理解
⽣产者、消费者问题初理解1.PV操作PV操作是由P操作原语和V操作原语组成，对信号量进⾏操作。
P(S)：意为占⽤，将信号量的值减1，S=S-1，如果S>=0，则该进程继续执⾏，否则进⼊等待队列；V(S)：意为释放，将信号量的值加1，S=S+1，如果S>0，则该进程继续执⾏，否则释放队列中第⼀个等待信号量的进程。
为了更形象的理解PV操作，可以联想⼀下电话亭场景：P：第⼀个⼈占⽤电话亭打电话，可⽤电话亭数-1，S=S-1，接下来的⼈先检测S-1，如果S>=0，说明当前使⽤者有电话亭可⽤，如果S<0，说明⽆电话亭可⽤，S=-i说明⾃⼰刚好是第i个排队的⼈。
V：使⽤完电话亭就推门⾛开，将S加1，如果S>=2，说明这个⼈刚刚打电话时电话亭空闲⼀个；如果S=1，说明这个⼈刚好腾出⼀个空；如果S<=0说明有⼈排队，按照排队次序依次填补打电话。
2.同步和互斥同步是进程之间直接的制约关系，体现⼯作次序，这种制约源于进程之间的合作，⽣产者和消费者关系就是同步关系。
互斥是进程之间间接的制约关系，这种制约源于对临界资源的访问，线程之间共享内存需要⽤到互斥关系。
⽣产者和消费者问题既是同步也是互斥的关系，⼀⽅⾯，作为平等进程，对缓冲区的访问时竞争关系，即互斥；另⼀⽅⾯，作为⽣产者和消费者两个进程有先后次序，存在合作关系所以是同步的。
3.⽣产者、消费者、缓冲区问题①⼀个⽣产者，⼀个消费者，⼀个公共缓冲区：只需保证，⽣产者先⽣产，消费者后消费，两者互斥使⽤缓冲区即可。
m=1,n=0⽣产者{⽣产产品P(m)//保证⽣产者⽆法再⽣产产品送往bufferV(n)//唤醒消费者}消费者{P(n)//保证消费者不能先于⽣产者从buffer取⾛产品V(m)//唤醒⽣产者继续⽣产消费产品}②⼀个⽣产者，⼀个消费者，⽆数个公共缓冲区：与①不同在于，⽣产者可以不断⽣产，消费者可以不断消费，只需保证消费者有产品可消费。
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生产者消费者问题是一个著名的线程同步问题，该问题描述如下：有一个生产者在生产产品，这些产品将提供给若干个消费者去消费，为了使生产者和消费者能并发执行，在两者之间设置一个具有多个缓冲区的缓冲池，生产者将它生产的产品放入一个缓冲区中，消费者可以从缓冲区中取走产品进行消费，显然生产者和消费者之间必须保持同步，即不允许消费者到一个空的缓冲区中取产品，也不允许生产者向一个已经放入产品的缓冲区中再次投放产品。
这个生产者消费者题目不仅常用于操作系统的课程设计，也常常在程序员和软件设计师考试中出现。
并且在计算机考研的专业课考试中也是一个非常热门的问题。
因此现在就针对这个问题进行详细深入的解答。
首先来简化问题，先假设生产者和消费者都只有一个，且缓冲区也只有一个。
这样情况就简便多了。
第一．从缓冲区取出产品和向缓冲区投放产品必须是互斥进行的。
可以用关键段和互斥量来完成。
第二．生产者要等待缓冲区为空，这样才可以投放产品，消费者要等待缓冲区不为空，这样才可以取出产品进行消费。
并且由于有二个等待过程，所以要用二个事件或信号量来控制。
//1生产者1消费者1缓冲区//使用二个事件，一个表示缓冲区空，一个表示缓冲区满。
//再使用一个关键段来控制缓冲区的访问#include<stdio.h>#include<process.h>#include<windows.h>//设置控制台输出颜色BOOL SetConsoleColor(WORD wAttributes){HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);if (hConsole == INVALID_HANDLE_VALUE)return FALSE;return SetConsoleTextAttribute(hConsole, wAttributes);}const int END_PRODUCE_NUMBER = 10; //生产产品个数int g_Buffer; //缓冲区//事件与关键段CRITICAL_SECTION g_cs;HANDLE g_hEventBufferEmpty, g_hEventBufferFull;//生产者线程函数unsigned int__stdcall ProducerThreadFun(PVOID pM){for (int i = 1; i <= END_PRODUCE_NUMBER; i++){//等待缓冲区为空WaitForSingleObject(g_hEventBufferEmpty, INFINITE);//互斥的访问缓冲区EnterCriticalSection(&g_cs);g_Buffer = i;printf("生产者将数据%d放入缓冲区\n", i);LeaveCriticalSection(&g_cs);//通知缓冲区有新数据了SetEvent(g_hEventBufferFull);}return 0;}//消费者线程函数unsigned int__stdcall ConsumerThreadFun(PVOID pM){volatile bool flag = true;while (flag){//等待缓冲区中有数据WaitForSingleObject(g_hEventBufferFull, INFINITE);//互斥的访问缓冲区EnterCriticalSection(&g_cs);SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);printf(" 消费者从缓冲区中取数据%d\n", g_Buffer);SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);if (g_Buffer == END_PRODUCE_NUMBER)flag = false;LeaveCriticalSection(&g_cs);//通知缓冲区已为空SetEvent(g_hEventBufferEmpty);Sleep(10); //some other work should to do}return 0;}int main(){printf("生产者消费者问题 1生产者1消费者1缓冲区\n");InitializeCriticalSection(&g_cs);//创建二个自动复位事件，一个表示缓冲区是否为空，另一个表示缓冲区是否已经处理g_hEventBufferEmpty = CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, NULL);g_hEventBufferFull = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);const int THREADNUM = 2;HANDLE hThread[THREADNUM];hThread[0] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ProducerThreadFun, NULL, 0, NULL);hThread[1] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ConsumerThreadFun, NULL, 0, NULL);WaitForMultipleObjects(THREADNUM, hThread, TRUE, INFINITE);CloseHandle(hThread[0]);CloseHandle(hThread[1]);//销毁事件和关键段CloseHandle(g_hEventBufferEmpty);CloseHandle(g_hEventBufferFull);DeleteCriticalSection(&g_cs);return 0;}运行结果：可以看出生产者与消费者已经是有序的工作了。
然后再对这个简单生产者消费者问题加大难度。
将消费者改成2个，缓冲池改成拥有4个缓冲区的大缓冲池。
如何来思考了这个问题了？首先根据上面分析的二点，可以知道生产者和消费者由一个变成多个的影响不大，唯一要注意的是缓冲池变大了，回顾一下《线程同步信号量Semaphore》中的信号量，不难得出用二个信号量就可以解决这种缓冲池有多个缓冲区的情况——用一个信号量A来记录为空的缓冲区个数，另一个信号量B记录非空的缓冲区个数，然后生产者等待信号量A，消费者等待信号量B就可以了。
因此可以仿照上面的代码来实现复杂生产者消费者问题，示例代码如下：//1生产者2消费者4缓冲区#include<stdio.h>#include<process.h>#include<windows.h>//设置控制台输出颜色BOOL SetConsoleColor(WORD wAttributes){HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);if (hConsole == INVALID_HANDLE_VALUE)return FALSE;return SetConsoleTextAttribute(hConsole, wAttributes);}const int END_PRODUCE_NUMBER = 8; //生产产品个数const int BUFFER_SIZE = 4; //缓冲区个数int g_Buffer[BUFFER_SIZE]; //缓冲池int g_i, g_j;//信号量与关键段CRITICAL_SECTION g_cs;HANDLE g_hSemaphoreBufferEmpty, g_hSemaphoreBufferFull;//生产者线程函数unsigned int__stdcall ProducerThreadFun(PVOID pM){for (int i = 1; i <= END_PRODUCE_NUMBER; i++){//等待有空的缓冲区出现WaitForSingleObject(g_hSemaphoreBufferEmpty, INFINITE);//互斥的访问缓冲区EnterCriticalSection(&g_cs);g_Buffer[g_i] = i;printf("生产者在缓冲池第%d个缓冲区中投放数据%d\n", g_i, g_Buffer[g_i]);g_i = (g_i + 1) % BUFFER_SIZE;LeaveCriticalSection(&g_cs);//通知消费者有新数据了ReleaseSemaphore(g_hSemaphoreBufferFull, 1, NULL);}printf("生产者完成任务，线程结束运行\n");return 0;}//消费者线程函数unsigned int__stdcall ConsumerThreadFun(PVOID pM){while (true){//等待非空的缓冲区出现WaitForSingleObject(g_hSemaphoreBufferFull, INFINITE);//互斥的访问缓冲区EnterCriticalSection(&g_cs);SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);printf(" 编号为%d的消费者从缓冲池中第%d个缓冲区取出数据%d\n", GetCurrentThreadId(), g_j, g_Buffer[g_j]);SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);if (g_Buffer[g_j] == END_PRODUCE_NUMBER)//结束标志{LeaveCriticalSection(&g_cs);//通知其它消费者有新数据了(结束标志)ReleaseSemaphore(g_hSemaphoreBufferFull, 1, NULL);break;}g_j = (g_j + 1) % BUFFER_SIZE;LeaveCriticalSection(&g_cs);Sleep(50); //some other work to doReleaseSemaphore(g_hSemaphoreBufferEmpty, 1, NULL);}SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);printf(" 编号为%d的消费者收到通知，线程结束运行\n", GetCurrentThreadId());SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);return 0;}int main(){printf("生产者消费者问题 1生产者2消费者4缓冲区\n");InitializeCriticalSection(&g_cs);//初始化信号量,一个记录有产品的缓冲区个数,另一个记录空缓冲区个数.g_hSemaphoreBufferEmpty = CreateSemaphore(NULL, 4, 4, NULL);g_hSemaphoreBufferFull = CreateSemaphore(NULL, 0, 4, NULL);g_i = 0;g_j = 0;memset(g_Buffer, 0, sizeof(g_Buffer));const int THREADNUM = 3;HANDLE hThread[THREADNUM];//生产者线程hThread[0] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ProducerThreadFun, NULL, 0, NULL);//消费者线程hThread[1] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ConsumerThreadFun, NULL, 0, NULL);hThread[2] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ConsumerThreadFun, NULL, 0, NULL);WaitForMultipleObjects(THREADNUM, hThread, TRUE, INFINITE);for (int i = 0; i < THREADNUM; i++)CloseHandle(hThread[i]);//销毁信号量和关键段CloseHandle(g_hSemaphoreBufferEmpty);CloseHandle(g_hSemaphoreBufferFull);DeleteCriticalSection(&g_cs);return 0;}运行结果：输出结果证明各线程的同步和互斥已经完成了。