生产者-消费者问题学习卡片

生产者-消费者问题基本模型
基本模型
🔹 系统中存在一组生产者进程和一组消费者进程
🔹 共享一个初始为空、大小为n的缓冲区
🔹 生产者每次生产一个产品放入缓冲区
🔹 消费者每次从缓冲区取出一个产品使用
💡 记忆提示
"产品"可理解为某种数据，缓冲区为存放数据的区域
同步与互斥关系
同步与互斥关系
🔸 同步关系:
  • 生产约束：只有缓冲区未满(empty>0)时生产者才能放入产品
  • 消费约束：只有缓冲区非空(full>0)时消费者才能取出产品
🔸 互斥关系:
  • 缓冲区是临界资源，各进程必须互斥访问
⚠️ 重要考点
同步信号量初始值：full=0（初始无产品），empty=n（初始空闲缓冲区）
信号量设置
信号量设置
📊 mutex=1：互斥信号量（保证缓冲区访问互斥）
📊 empty=n：同步信号量（表示空闲缓冲区数量）
📊 full=0：同步信号量（表示产品数量/非空缓冲区数）
🔑 初始值依据
empty初值为n（初始有n个空闲缓冲区）
full初值为0（初始无产品）
生产者逻辑
生产者逻辑
🔄 P(empty)：申请空闲缓冲区
🔄 P(mutex)：申请缓冲区访问权
🔄 放入产品
🔄 V(mutex)：释放缓冲区
🔄 V(full)：增加产品计数
💡 关键区别
互斥PV在同一进程内完成（上锁→访问→解锁）
消费者逻辑
消费者逻辑
🔄 P(full)：申请产品
🔄 P(mutex)：申请缓冲区访问权
🔄 取出产品
🔄 V(mutex)：释放缓冲区
🔄 V(empty)：增加空闲缓冲区
💡 关键区别
同步PV在不同进程间配合（生产者V→消费者P）
PV操作顺序
PV操作顺序
⚠️ 危险情况：若先P(mutex)后P(empty)
  • 当缓冲区满时，生产者阻塞在P(empty)
  • 消费者因无法获取mutex也被阻塞
  • 导致死锁（相互等待）
✅ 安全原则：
  • 同步操作必须先于互斥P操作
  • V操作顺序可交换（不会引发阻塞）
🔑 关键结论
互斥P操作必须位于同步P操作之后
解题三步法
解题三步法
1️⃣ 分析同步/互斥关系
2️⃣ 确定PV操作顺序
3️⃣ 设置信号量及初值
🧠 核心难点
识别两对同步关系（生产依赖消费释放空间，消费依赖生产提供产品）
理解"前V后P"的实现原理
易错警示
易错警示
❌ 互斥P必须在同步P之后，否则可能死锁
❌ 临界区代码应尽量简短（不包含生产/消费耗时操作）
❌ 缓冲区满时生产者阻塞，缓冲区空时消费者阻塞
💡 优化建议
临界区优化：生产/消费动作不宜放入PV操作间，否则延长临界区时间