Задача “производитель-потребитель” Общие семафоры

Рассматриваются два процесса, которые называются производитель и потребитель. Оба процесса являются циклическими. Производитель при каждом циклическом повторении участка программы про­изводит отдельную порцию информации, которая должна быть обработана потребителем. Потребитель при каждом повторении обрабатывает следующую порцию информации, выработанную производите­лем. Отношения производитель-потребитель подразумевают односторонний канал связи, по которому могут передаваться порции информации. С этой целью процессы связаны через буфер неограниченной емкости. То есть, произведенные порции не должны немедленно потребляться, а могут организовывать в буфере очередь. Буфер работает по принципу FIFO.

ЧПБ – число порций в буфере.

РБ – работа с буфером

begin integer ЧПБ;

ЧПБ := 0;

parbegin

производитель: begin

П1: производство новой порции;

добавление новой порции в буфер;

v(ЧПБ);

goto П1;

end;

потребитель: begin

П2: p(ЧПБ);

взятие порции из буфера;

обработка взятой порции;

goto П2;

end;

parend;

end;

При неограниченном буфере производитель никаких ограничений не имеет, а потребитель может читать данные из буфера только если они там есть. Операции добавления порции к буферу и взятия порции из буфера могут помешать друг другу, если не предусмотреть их взаимное исключение во время исполнения. Этого можно избежать с помощью двоичного семафора.

begin integer ЧПБ, РБ;

ЧПБ := 0;

parbegin

производитель: begin

П1: производство новой порции;

p(РБ)

добавление новой порции в буфер;

v(PБ);

v(ЧПБ);

goto П1;

end;

потребитель: begin

П2: p(ЧПБ);

p(PБ);

взятие порции из буфера;

v(PБ);

обработка взятой порции;

goto П2;

end;

parend;

end;

При решении стремятся использовать только двоичные семафоры. В таком случае программа бу­дет выглядеть так:

ЗП - задержка потребителя.

СЧПБ - счетчик порций в буфере.

begin integer ЧПБ, РБ, ЗП;

ЧПБ := 0;

РБ := 1;

ЗП := 0;

parbegin

производитель: begin

П1: производство новой порции;

p(РБ)

добавление новой порции в буфер;

ЧПБ := ЧПБ + 1;

If (ЧПБ = 1) then v(ЗП);

v(PБ);

goto П1;

end;

потребитель: begin integer СЧПБ;

ждать: p(ЗП);

продолжить: p(PБ);

взятие порции из буфера;

ЧПБ := ЧПБ - 1;

СЧПБ := ЧПБ;

v(PБ);

обработка взятой порции;

if (CЧПБ = 0) then goto ждать;

else goto продолжить;

end;

parend;

end;

Значение локальной переменной СЧПБ устанавливается при взятии порции из буфера и фиксиру­ется, не была ли эта порция последней. Здесь двоичный семафор РБ решает задачу взаимного исключения при работе с буфером. Введен новый двоичный семафор – задержка потребителя (ЗП). Про­грамма представляет интерес в течение времени, когда буфер пуст. В исходном состоянии семафор ЗП установлен в ноль и открывается производителем только в том случае, когда в пустой буфер записыва­ется порция. Остановка потребителя на семафоре ЗП не блокирует работу с буфером, так как стоит выше операции р(РБ). Смысл ждать есть только в том случае, если буфер пуст.