生产者/消费者模型

╰半夏微凉° 2022-03-09 11:20 268阅读 0赞

产者/消费者模型描述如下：有一个或多个生产者生产某种类型的数据，并防止在缓冲区（可以是数组也可以是队列等数据结构）中；有一个消费者可以从缓冲区中取数据，每次取一项；系统保证避免对缓冲区的重复操作，也就是说在任何时候只有一个主体（生产者或消费者）可以访问缓冲区。问题要确保缓冲区不溢出，即当缓冲区满时，生成者不会继续向其中添加数据；当缓冲区空时，消费者不会从中移走数据。

首先列出信号量解决生产者/消费者问题的代码：

const int sizeofbuffer = /* 缓冲区容量 */;
    semaphore s = 1, n = 0, e = sizeofbuffer;
    //s用于生产者与消费者的互斥，n用于判定缓冲区是否为空，s用于判定缓冲区是否满
    void producer()
    {
    	while (true) 
    	{
    		produce();
    		semWait(e);
    		semWait(s);
    		append();
    		semSignal(s);
    		semSignal(n);
    	}
    }
    void consumer()
    {
    	while (true) 
    	{
    		semWait(n);
    		semWait(s);
    		take();
    		semSignal(s);
    		semSignal(e);
    		consume();
    	}
    }
    void main()
    {
    	parbegin (producer, consumer);
    }

管程代码：

/* program producerconsumer */
    monitor boundedbuffer;                           
    char buffer [N]; 					/*N个元素大小的缓冲区*/
    int nextin, nextout; 				/*缓冲区指针*/
    int count; 						/*缓冲区中可用元素个数*/
    cond notfull, notempty;             /*条件变量*/
    void append (char x)
    {
    if (count == N) cwait(notfull);       /*缓冲区满，禁止写入，防止溢出*/
    buffer[nextin] = x;
    nextin = (nextin + 1) % N;
    count++;							/*多了一个数据*/
    csignal (nonempty);				/*通知消费者，缓冲区不空，可能有消费者阻塞*/
    }
    void take (char x)
    {
    if (count == 0) cwait(notempty); 	/*缓冲区空，禁止取数据，防止溢出*/
    x = buffer[nextout];
    nextout = (nextout + 1) % N);
    count--;							 /*数据项少了一项*/
    csignal (notfull); 					 /*通知生产者，缓冲区不满，可能有生产者阻塞*/
    }
    {                                /*管程体*/
    nextin = 0; nextout = 0; count = 0; 	 /*缓冲区初始化为空*/
    }
    void producer()
    {
    char x;
    while (true) {
    produce(x);
    append(x);
    }
    }
    void consumer()
    {
    char x;
    while (true) {
    take(x);
    consume(x);
    }
    }
    void main()
    {
    parbegin (producer, consumer);
    }

消息传递代码：

const int
    	capacity = /* 缓冲区容量 */ ;
    	null = /* 空消息 */ ;
    int i;
    void producer()
    { 
    	message pmsg;
    	while (true) 
    	{
    		receive (mayproduce,pmsg);
    		pmsg = produce();
    		send (mayconsume,pmsg);
    	}
    }
    void consumer()
    { 
    	message cmsg;
    	while (true) 
    	{
    		receive (mayconsume,cmsg);
    		consume (cmsg);
    		send (mayproduce,null);
    	}
    }
    void main()
    {
    	create_mailbox (mayproduce);
    	create_mailbox (mayconsume);
    	for (int i = 1;i <= capacity;i++) 
    		send (mayproduce,null);
    	parbegin (producer,consumer);
    }

生产者/消费者模型

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