生产者消费者问题

down(&mutex); // 进入临界区
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)
{
int item; // 缓冲区中的数据项
semaphore empty = N; // 计数缓冲区中的空槽数目
semaphore full = 0; // 计数缓冲区中的满槽数目
/* 生产者进程 */
void proceducer(void)
{
int item;
听起来好像蛮对的，无懈可击似的，但其实在实现时会有一个竞争条件存在的。为了跟踪缓冲区中的消息数目，需要一个变量 count。如果缓冲区最多存放 N 个消息，则生产者的代码会首先检查 count 是否达到 N，如果是，则生产者休眠；否则，生产者向缓冲区中放入一个消息，并增加 count 的值。
消费者的代码也与此类似，首先检测 count 是否为 0，如果是，则休眠；否则，从缓冲区中取出消息并递减 count 的值。同时，每个进程也需要检查是否需要唤醒另一个进程。代码可能如下：
sleep();
}
item = remove_item(); // 从缓冲区中取出一个数据项
count = count - 1; // 计数器减 1
另外，通常是将 down 和 up 操作作为系统调用来实现，而且 OS 只需要在执行以下操作时暂时禁止全部中断：测试信号量，更新信号量以及在需要时使某个进程休眠。
这里使用了三个信号量，但是它们的目的却不相同，其中 full 和 empty 用来同步（synchronization），而 mutex 用来实现互斥。
up(&full); // 将满槽的数目加 1
}
}
/* 消费者进程 */
void consumer(voi)
{
int item;
1，使用信号量解决生产者-消费者问题
首先了解一下信号量吧，信号量是 E.W.Dijkstra 在 1965 年提出的一种方法，它是使用一个整型变量来累计唤醒的次数，供以后使用。在他的建议中，引入了一个新的变量类型，称为信号量(semaphore)，一个信号量的取值可以为 0（表示没有保存下来的唤醒操作）或者为正值（表示有一个或多个唤醒操作）。
while(true) // 无限循环
{
item = produce_item(); // 产生下一个数据项
if (count == N) // 如果缓冲区满了，进行休眠
#define N 100 // 缓冲区中的槽数目
typedef int semaphore; // 信号量一般被定义为特殊的整型数据
semaphore mutex = 1; // 控制对临界区的访问
item = remove_item(); // 从缓冲区中取出数据项
up(&mutex); // 离开临界区
up(&empty); // 将空槽数目加 1
while(true) // 无限循环
{
if (count == 0) // 如果缓冲区为空，进入休眠
{
while(1)
{
down(&full); // 将满槽数目减 1
down(&mutex); // 进入临界区
{
sleeptem); // 将新数据项放入缓冲区
count = count + 1; // 计数器加 1
wakeup(consumer); // 唤醒消费者
}
}
}
/* 消费者进程 */
void consumer(void)
{
int item; // 缓冲区中的数据项
消息传递系统会面临位于网络中不同机器上的通信进程的情形，所以会更加的复杂。如：消息可能被网络丢失，一般使用确认（ACK）消息。如果发送方在一定的时间段内没有收到确认消息，则重发消息。
如果消息本身被正确接收，但是返回的 ACK 消息丢失，发送方则重发消息，这样接收方就会收到两份同样的消息。一般使用在每条原始消息的头部嵌入一个连续的序号来解决这个问题。
2，使用消息传递解决生产者-消费者问题
这种 IPC 方式使用两条原语 send 和 receive，也是系统调用。如：
send(dest, &msg) // 将消息 msg 发送到目标（进程）dest 中
receive(src, &msg) // 接收由 src 过来的 msg,如果没有消息可用，则可能阻塞接收者
并且设立了两种操作：down 和 up（分别为一般化后的 sleep 和 wakeup，其实也是一般教科书上说的 P/V 向量）。对一个信号量执行 down 操作，表示检查其值是否大于 0，如果该值大于 0，则将其值减 1（即用掉一个保存的唤醒信号）并继续；如果为 0，则进程休眠，而且此时 down 操作并未结束。另外，就是检查数值，修改变量值以及可能发生的休眠操作都作为单一的，不可分割的 原子操作 来完成。
wakeup(producer);
}
consume_item(item); // 打印出数据项
}
}
看上去很美，哪里出了问题，这里对 count 的访问是有可能出现竞争条件的：缓冲区为空，消费者刚刚读取 count 的值为 0，而此时调度程序决定暂停消费者并启动执行生产者。生产者向缓冲区中加入一个数据项，count 加 1。现在 count 的值变成了 1.它推断刚才 count 为 0，所以此时消费者一定在休眠，于是生产者开始调用 wakeup(consumer) 来唤醒消费者。但是，此时消费者在逻辑上并没有休眠，所以 wakeup 信号就丢失了。当消费者下次运行时，它将测试先前读到的 count 值，发现为 0（注意，其实这个时刻 count 已经为 1 了），于是开始休眠（逻辑上）。而生产者下次运行的时候，count 会继续递增，并且不会唤醒 consumer 了，所以迟早会填满缓冲区的，然后生产者也休眠，这样两个进程就都永远的休眠下去了。
下面开始考虑用信号量来解决生产者-消费者问题了，不过在此之前，再次分析一下这个问题的本质会更清晰点：问题的实质在于发给一个（尚）未休眠进程（如上的消费者进程在只判断了 count == 0 后即被调度出来，还未休眠）的 wakeup 信号丢失（如上的生产者进程在判断了 count == 1 后以为消费者进程休眠，而唤醒它）了。如果它没有丢失，则一切都会很好。
if (count == 1) // 表明插入之前为空，
{ // 消费者等待
while(1)
{
item = procedure_item(); // 生成数据
down(&empty); // 将空槽数目减 1