生产者消费者问题
系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者进程每次生产一个产品放入缓冲区，消费者进程每次从缓冲区中取出一个产品并使用。 生产者，消费者共享一个初始化为空，大小为n 的缓冲区。 如何使用信号量机制（P、V操作）实现生产者、消费者进程的这些功能呢？ 信号量机制可实现互斥、同步、对一类系统资源的申请和释放。
对于信号量可以看这篇信号量机制
使用信号量解决生产者消费者问题
生产者、消费者共享一个初始为空、大小为n的缓冲区。只有缓冲区没满的时候，生产者才能把产品放入缓冲区，否则必须等待。只有缓冲区不为空的时候，消费者才能从中取出产品，否则必须等待。
缓冲区是临界资源，各个进程必须互斥访问。
首先定义信号量；
semaphore mutex=1; //互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问
semaphore empty=n; //同步信号量，表示空闲缓冲区的数量
semaphore full = 0; //同步信号量，表示产品数量，也是非空缓冲区的数量
producer(){
while(1){
生产一个产品；
p(empty); //小号一个空闲缓冲区
p(mutex); // 实现互斥是在同一进程中进行PV操作
把产品放入缓冲区；
V(mutex);
V(full); //增加一个产品
}
}
// 实现两个进程的同步，是在其中一个进程中执行P,另一个进程中执行V。
consumer(){
while(1){
P(full); //消耗一个产品
P(mutex);
从缓冲区取出一个产品
V(mutex);
V(empty); //增加一个空闲缓冲区
使用产品；
}
}
管程
为啥要引入管程？
信号量机制存在问题：编写程序困难、易出错。能不能设计一种机制，让程序员写程序时不需要再关注复杂的PV操作，让写代码更加轻松呢？
1973年， Brinch Hansen首次在程序设计语言（ Pascal中引入了“管程”成分一一一种高级同步机制）
管程的定义和基本特征
定义
管程是一种特殊的软件模块，由这些部分组成：
- 局部于管程的共享数据结构说明；
- 对该数据结构进行操作的一组过程（函数）
- 对局部于管程的共享数据设置初始值的语句
- 管程自己的名字
特征
- 管程内的数据只能被管程中定义的函数（过程）访问；（类比于java实体类的get方法）
- 一个进程只能通过调用管程内的过称（函数/方法）才能进入管程访问共享数据（进程.getXxx()）
- 每次仅仅允许一个进程在管程内自行某个内部的过程
用管程解决生产者消费者问题
定义一个管程以下是伪代码
monitor ProducterConsumer
condition full,empty; //条件变量用来实现同步（排队）
int count=0; // 缓冲区中的产品数
void insert(Item item){
//把产品item放入缓冲区
if(count == N)
wait(full);
count++;
insert_item(item);
if(count == 1)
signal(empty);
}
Item remove(){ //从缓冲区取出一个产品
if(count==0)
wait(empty);
count--;
if(count == N-1)
signal(full);
return remove_item();
}
end monitor;
生产者进程
producter(){
while(1){
item = 生产一个产品；
ProducterConsumer.insert(item);
}
}
消费者进程
consumer(){
while(1){
item = ProducterConsumer.remove();
消费产品；
}
}
引入管程的目的无非就是更方便地实现进程的互斥与同步
- 需要在管程中定义共享数据
- 需要在管程中定义用于访问这些共享数据的“入口”–其实就是一些函数
- 只有通过这些函数才能访问管程中的共享数据
- 管程中有很多接口，但是每次只能开放其中一个入口，并且只能让一个进程或线程进入，（互斥的特性交给了编译器去实现，程序员不用关心）
- 可在管程中设置条件变量级等待/唤醒操作以解决同步问题。
通过管程提供特定的接口来实现进程的同步与互斥，这就是一种封装的思想。