操作系统睡眠和唤醒

生产者消费者问题

让我们来观察一下基本模型，即睡眠和唤醒。假设我们有两个系统调用，分别是睡眠和唤醒。调用睡眠的进程将被阻塞，而调用唤醒的进程将被唤醒。

有一个流行的例子叫做 生产者消费者问题 ，它是模拟 睡眠和唤醒 机制的最流行的问题。

睡眠和唤醒的概念非常简单。如果临界区不为空，则进程将进入睡眠状态。它将被当前在临界区内执行的其他进程唤醒，这样进程就可以进入临界区。

在生产者消费者问题中，假设有两个进程，一个进程写入数据，另一个进程读取数据。写入数据的进程称为 生产者 ，而读取数据的进程称为 消费者 。

为了读取和写入，它们都使用一个缓冲区。下面是用于模拟睡眠和唤醒机制，以解决生产者消费者问题的代码。

#define N 100 //maximum slots in buffer 
#define count=0 //items in the buffer 
void producer (void) 
{ 
    int item; 
    while(True)
    {
        item = produce_item(); //producer produces an item 
        if(count == N) //if the buffer is full then the producer will sleep
            Sleep(); 
        insert_item (item); //the item is inserted into buffer
        count=count+1; 
        if(count==1) //The producer will wake up the 
        //consumer if there is at least 1 item in the buffer 
        wake-up(consumer);
    }
}

void consumer (void)
{
    int item; 
    while(True)
    {
        {   
            if(count == 0) //The consumer will sleep if the buffer is empty. 
            sleep(); 
            item = remove_item(); 
            count = count - 1; 
            if(count == N-1) //if there is at least one slot available in the buffer 
            //then the consumer will wake up producer
            wake-up(producer); 
            consume_item(item); //the item is read by consumer. 
        }
    }
}

生产者生产物品并将其插入缓冲区。全局变量count的值在每次插入时增加。如果缓冲区被完全填满并且没有可用的插槽，那么生产者将休眠，否则它会继续插入。

在消费者端，每次消费count的值减少1。如果在任何时候缓冲区为空，则消费者将休眠，否则它会继续消费物品并将count的值减少1。

如果缓冲区中至少有1个可供消费的物品，生产者将唤醒消费者。如果缓冲区中至少有一个插槽可用，消费者将唤醒生产者以便生产者可以写入。

好吧，在消费者打算休眠之前被抢占的情况下出现问题。现在消费者既没有休眠也没有消费。由于生产者不知道消费者实际上没有休眠，因此它在消费者不响应的情况下继续唤醒消费者。

这会导致系统调用的浪费。当消费者再次被调度时，它将休眠，因为它在被抢占时正准备休眠。

生产者继续写入缓冲区，一段时间后缓冲区被填满。此时，生产者也会休眠，想着当缓冲区中有一个插槽可用时消费者会唤醒它。

消费者也在休眠，不知道生产者会唤醒它。

这是一种死锁情况，生产者和消费者都处于非活动状态，并等待对方将其唤醒。这是一个需要解决的严重问题。