进程同步：生产者-消费者 题目

正确答案：

1. 问题类型：
   经典生产者 - 消费者问题 同时涉及同步和互斥。

   • 同步：生产者与消费者通过信号量协调生产 / 消费节奏（如缓冲区满时生产者等待，空时消费者等待）。
   • 互斥：对共享缓冲区的访问需互斥（避免数据冲突）。

2. 程序补充：

   • 信号量初值：
     buffer = n（缓冲区空闲位置数，初值为缓冲区大小）；
     product = 0（缓冲区产品数，初值为 0）；
     mutex = 1（互斥锁，初值为 1）。

   • 生产者代码：

     while(true){生产一产品；wait(buffer);   // (1) 等待缓冲区有空闲（可放入产品）wait(mutex);    // (2) 申请缓冲区访问权（互斥）往Buffer[in]放产品；in = (in+1)%n;signal(mutex);  // 释放缓冲区访问权signal(product); // (3) 通知消费者有产品
     }
     

   • 消费者代码：

     while(true){wait(product);  // (4) 等待缓冲区有产品（可消费）wait(mutex);   // (5) 申请缓冲区访问权（互斥）从Buffer[out]取产品；out = (out+1)%n;signal(mutex);  // 释放缓冲区访问权signal(buffer); // (6) 通知生产者有空闲位置消费一产品；
     }
     

解析：

• 同步机制：

  • 生产者通过 wait(buffer) 确保缓冲区未满（有空闲位置时才生产），生产后用 signal(product) 告知消费者 “有产品可消费”。
  • 消费者通过 wait(product) 确保缓冲区非空（有产品时才消费），消费后用 signal(buffer) 告知生产者 “有空闲位置可生产”。

• 互斥机制：

  • mutex 信号量保证同一时刻只有一个进程（生产者或消费者）访问缓冲区（放入 / 取出产品），避免数据竞争（如生产者写入时消费者同时读取导致数据混乱）。

• 信号量逻辑验证：

  • 初始时，buffer = n（全空，生产者可连续生产 n 次，每次 wait(buffer) 消耗 1，signal(buffer) 增加 1）。
  • product = 0（无产品，消费者需等待，直到生产者 signal(product) 后才开始消费）。
  • mutex = 1（首次访问缓冲区时，wait(mutex) 使信号量为 0，后续进程需等待，确保互斥）。