关于生产者消费者的同步问题，是操作系统中比较经典的问题。在面试的通常会考第一点让你说出生产者消费者模型，第二点会给你该模型的使用场景，然后实现代码。这篇文章就让我们对其了解了解吧~
一、生产者消费者模型描述
两个或者更多的进程（线程）共享同一个缓冲区，其中一个或多个进程（线程）作为“生产者”会不断地向缓冲区中添加数据，另一个或者多个进程（线程）作为“消费者”从缓冲区中取走数据。其模型关注的是以下几点：
- 生产者和消费者必须互斥的使用缓冲区
- 缓冲区空时，消费者不能读取数据
- 缓冲区满时，生产者不能添加数据
二、模型优点
（1）解耦
多了一个缓冲区，把生产者和消费者之间的强耦合解开，变成了生产者和缓冲区，消费者和缓冲区之间的弱耦合。
（2）支持并发
生产者和消费者可以是两个独立的并发主体。生产者把制造出来的数据添加到缓冲区，就可以再去生产下一个数据了。而消费者也是一样的，从缓冲区中读取数据，不需要等待生产者。这样，生产者和消费者就可以并发的执行。
（3）支持忙闲不均
生产者只需要将生产的数据添加到缓冲区，缓冲区满了就不生产了。消费者从缓冲区中读取数据，缓冲区空了就不消费了，使得生产者/消费者的处理能力达到一个动态的平衡。
三、关键注意点
（1）假设缓冲区的大小为n(也就是存储单元的个数)，它可以被生产者和消费者循环使用。
（2）分别设置两个指针in和out，指向生产者将存放数据的存储单元和消费者将取数据的存储单元，如下图。
（3） 生产者不能向满缓冲区写数据，消费者不能在空缓冲区中取数据，即必须对生产者和消费者进行同步。另外，如果不进行同步控制，生产者和消费者可能同时进入缓冲区，甚至可能同时读写一个存储单元，将导致执行结果不确定。
四、问题分析
执行流程总结如下：
五、代码实现
具体问题场景描述：
假设有一个int型数组 ，有n=10个元素。现在视该数组为缓冲区，创建三个线程作为生产者，没随机几秒向缓冲区写入数据，再创建两个线程作为消费者，每隔几秒从缓冲区取数据并打印。 (随机函数可使用m = rand(), 等待若干秒使用sleep(m))
补充知识点：
（1）sem_t: 信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。
（2）函数sem_post(sem_t *sem )用来增加信号量的值。
（3）函数sem_wait(sem_t *sem)被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少
（4）#include <pthread.h>//包含线程相关头文件 #include<semaphore.h>//包含信号量相关头文件
（5）pthread_create创建线程函数
（6）pthread_join 线程创建者在子进程运行结束后回收其资源
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
#include<semaphore.h>
#include<string.h>
#include<sys/sem.h>
sem_t s;//互斥信号量，控制对缓冲区的访问
sem_t n;//计数信号量，缓冲区中数据个数
sem_t e;//计数信号量，缓冲区空余单元个数
注意！到底有没有空间写或者有没有数据读，用e,n控制，不必再看in、out
int buffsize[10] = {0};
int in = 0;//控制缓存区写的位置
int out =0;//控制缓存区取数据的位置
注意！他们的位置是不会发生跳跃的，是一个一个顺序写的，写到末尾再回头从第一个写
void* Producers()
{
while(1)
{
srand(time(NULL));//初始化种子，这个表示每秒递增1
int data = rand() % 11;
sem_wait(&e);
sem_wait(&s);
buffsize[in] = data;
printf("%d""%d",in,data);
in = (in+1) % 10;
sem_post(&s);
sem_post(&n);
sleep(2);
}
}
void*Consumers()
{
while(1)
{
sem_wait(&n);
sem_wait(&s);
printf("%d""%d",out,buffsize[out]);
buffsize[out] = 0;
out =(out+1) % 10;
sem_post(&e);
sem_post(&s);
sleep(2);
}
}
int main()
{
pthread_t P1,P2,P3,C1,C2;
sem_init(&s,0,1);
sem_init(&s,0,0);
sem_init(&s,0,10);
pthread_create(&P1,NULL,Producers,NULL);
pthread_create(&P2,NULL,Producers,NULL);
pthread_create(&P3,NULL,Producers,NULL);
pthread_create(&C1,NULL,Consumers,NULL);
pthread_create(&C2,NULL,Consumers,NULL);
pthread_join(P1,NULL);
pthread_join(P2,NULL);
pthread_join(P3,NULL);
pthread_join(C1,NULL);
pthread_join(C2,NULL);
sem_destroy(&s);
sem_destroy(&n);
sem_destroy(&e);
exit(0);
}
