多生产者-多消费者问题

模型特点

与经典生产者消费者模型不同，存在多类生产者和多类消费者，各自生产/消费不同类型的产品

具体场景

• 共享资源：容量为1的盘子（缓冲区）
• 生产者1（父亲）：专门放入苹果
• 生产者2（母亲）：专门放入橘子
• 消费者1（女儿）：专门取出苹果
• 消费者2（儿子）：专门取出橘子

互斥关系

对盘子的访问需要互斥

同步关系

• 父亲放入苹果 → 女儿取出苹果
• 母亲放入橘子 → 儿子取出橘子
• 女儿/儿子取出水果 → 父亲/母亲放入水果

抽象理解

• 将同步关系理解为事件先后关系而非进程行为关系
• "盘子为空"事件由女儿或儿子触发
• "放入水果"事件由父亲或母亲执行

• mutex=1：实现互斥访问盘子
• apple=0：盘子中苹果数量
• orange=0：盘子中橘子数量
• plate=1：盘子剩余容量

生产者逻辑

准备水果 → P(plate) → P(mutex) → 放入 → V(mutex) → V(对应水果信号量)

消费者逻辑

P(对应水果信号量) → P(mutex) → 取出 → V(mutex) → V(plate) → 消费

缓冲区大小为1时

• 可能不需要mutex信号量
• 因为三个同步信号量(apple/orange/plate)任一时刻最多一个为1
• 保证任何时候只有一个进程能通过P操作

缓冲区大小>1时

• 必须使用mutex保证互斥访问
• 否则可能出现多个生产者同时通过P(plate)，导致并发访问和数据覆盖

• PV操作顺序：互斥P操作必须在同步P操作之后，否则可能引起死锁
• 分析角度：应从事件先后关系角度抽象分析同步关系，而非从单个进程行为角度分析

考试重点

• 缓冲区容量与互斥需求的关联性分析
• 同步信号量设计（特别是plate信号量的使用）

易错点

• 混淆"多类"生产/消费者与经典单类模型的差异
• 错误安排PV操作顺序导致死锁
• 从进程行为而非事件关系角度分析同步