生产者-消费者问题（互斥、同步综合问题）
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为空、大小为n的缓冲区
- 只有缓冲区没满时，生产者才能把产品放入缓冲区，否则必须等待（进程同步：缓冲区没满 -> 生产者生产）
- 只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出产品，否则必须等待（进程同步：缓冲区没空 -> 消费者消费）
- 缓冲区是临界资源，各进程必须互斥访问（如果两个生产者进程并发运行，同时往缓冲区的同一块区域放入数据，会出现问题）（互斥关系）
❗️互斥信号量初值一般为1，同步信号量的初始值要看对应资源的初始值是多少
能否改变相邻P、V操作的顺序？
“生产一个产品”、“使用产品”这两句话逻辑上是可以放到PV操作之间，但是这样会增加临界区的代码，会导致进程的并发度降低，对系统的效能产生影响，造成不便
多生产者-多消费者问题
- 桌子上有一只盘子，每次只能向其中放入一个水果。（大小为1，初始为空的缓冲区）
- 爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，儿子专等着吃盘子中的橘子，女儿专等着吃盘子中的苹果。
- 只有盘子空时，爸爸或妈妈才可向盘子中放一个水果。仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿可以从盘子中取出水果。用PV操作实现上述过程
互斥关系：对缓冲区（盘子）的访问要互斥的进行
同步关系（一前一后）：
- 盘子中有苹果，女儿才能取苹果
- 盘子中有橘子，儿子才能取橘子
- 只有盘子为空时，父亲或母亲才能放入水果（“盘子为空”这个事件可以由儿子或女儿触发，事件发生后才允许父亲或母亲放水果）
问题：可不可以不用互斥信号量
分析：刚开始，儿子、女儿进程即使上处理机运行也会被阻塞，如果刚开始是父亲进程先上处理机运行，则父亲P(plate)，可以访问盘子 -> 母亲P(plate)，阻塞等待盘子 -> 父亲放入苹果V(apple)，女儿进程被唤醒，其他进程即使运行也都会阻塞，暂时不能访问临界资源（盘子） -> 女儿P(apple)，访问盘子，V(plate)，等待盘子的母亲进程被唤醒 -> 母亲进程访问盘子（其他进程暂时无法进入临界区） -> …
结论：即使不设置专门的互斥变量mutex，也不会出现多个进程同时访问盘子的现象
原因：本题中的缓冲区大小为1，在任何时刻，apple、orange、plate三个同步信号量中最多只有一个是1，因此在任何时刻，最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利的进入临界区
如果盘子的容量（缓冲区）设为2，可能出现两个进程同时访问缓冲区的情况，有可能导致两个进程写入缓冲区的数据相互覆盖的情况
❗️因此，如果缓冲区大小大于1，就必须专门设置一个互斥信号量mutex来保证互斥访问缓冲区
吸烟者问题（可生产多种产品的单生产者-多消费者）
假设一个系统有三个抽烟者进程和一个供应者进程。每个抽烟者不停的卷烟并抽掉它，但是要卷起并抽掉一支烟，抽烟者需要有三种材料：烟草、纸和胶水。三个抽烟者中，第一个拥有烟草、第二个拥有纸、第三个拥有胶水。供应者进程无限的提供三种材料，供应者每次将两种材料放桌子上，拥有剩下那种材料的抽烟者卷一根烟并抽掉它，并给供应者进程一个信号告诉它完成了，供应者就会放另外两种材料在桌上，这个过程一直重复（让三个抽烟者轮流的抽烟）
互斥关系：桌子可以抽象为容量为1的缓冲区，要互斥访问（这个容量为1表示组合）
- 组合一：纸+胶水
- 组合二：烟草+胶水
- 组合三：烟草+纸
同步关系（从事件的角度来分析）：
- 桌上有组合一，第一个抽烟者取走东西
- 桌上有组合二，第二个抽烟者取走东西
- 桌上有组合三，第三个抽烟者取走东西
- 发出完成信号，供应者将下一个组合放到桌上
读者-写者问题（复杂的互斥问题）
有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或两个以上的读进程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误，因此要求：
- 允许多个读者可以同时对文件执行读操作（与消费者进程不同，读者进程在读数据后并不会将数据清空，并不会改变数据。因此多个读者进程可同时访问共享数据）
- 只允许一个写者往文件中写信息
- 任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作（两个写进程同时共享数据，可能导致数据错误覆盖的问题）（读进程与写进程同时共享数据，可能导致读出的数据不一致的问题）
- 写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出
两类进程：写进程、读进程
互斥关系：写进程-写进程、写进程-读进程（读进程-读进程不存在互斥问题）
思考：若两个读进程并发执行，则count=0时两个进程也许都能满足if条件，都会执行P(rw)，从而使第二个读进程阻塞的情况
如何解决：出现上述问题的原因在于对count变量的检查和赋值无法一气呵成，因此可以设置另一个互斥信号量来保证各读者进程对count的访问是互斥的
潜在的问题：只要有读进程还在读，写进程就要一直阻塞等待，可能“饿死”。因此这种算法中，读进程是优先的
结论；在这种算法中，连续进入的多个读者可以同时读文件；写者和其他进程不能同时访问文件；写者不会饥饿，但也并不是真正的“写优先”，而是相对公平的先来先服务原则。有的书上把这种算法称为“读写公平法”
哲学家进餐问题（解决进程死锁）
一张圆桌上坐着5名哲学家，每两个哲学家之间的桌上摆一根筷子，桌子的中间是一碗米饭。哲学家们倾注毕生的精力用于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响其他人。只有当哲学家饥饿时，才试图拿起左、右两根筷子（一根一根的拿起）。如果筷子已在他人手上，则需等待。饥饿的哲学家只有同时拿起两根筷子才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下筷子继续思考
系统中有5个哲学家进程，5位哲学家与左右邻居对其中间筷子的访问是互斥关系
这个问题中只有互斥关系，但与之前遇到的问题不同的是，每个哲学家进程需要同时持有两个临界资源才能开始吃饭。如何避免临界资源分配不当造成的死锁现象，是哲学家问题的精髓
定义互斥信号量数组chopstick[5] = {1,1,1,1,1}，用于实现对5个筷子的互斥访问，并对哲学家按0～4编号，哲学家i左边的筷子编号为i，右边的筷子编号为(i+1) % 5
如果5个哲学家并发的拿起了自己左手边的筷子，每位哲学家循环等待右边的人放下筷子（阻塞），发生“死锁”
解决方法：
可以对哲学家进程施加一些限制条件，比如最多只允许四个哲学家同时进餐。这样可以保证至少有一个哲学家是可以拿到左右两只筷子的
要求奇数号哲学家先拿左边的筷子，然后再拿右边的筷子，而偶数号哲学家刚好相反。用这种方法可以保证如果相邻的两个奇偶号哲学家都想吃饭，那么只会有其中一个可以拿起第一支筷子，另一个会直接阻塞。这就避免了占有一支后再等待另一只的情况
仅当一个哲学家左右两支筷子都可用时才允许他抓起筷子
画图可知，进程分别调度哲学家0、1、2时可发现，哲学家0可正常吃饭，哲学家1被阻塞，哲学家2虽然左右都有筷子，但是他也被阻塞
进程分别调度0、4时，哲学家0可正常吃饭，哲学家4右边的筷子不可用，但是4仍然可以拿起左边的筷子，因此这种方法并不能保证只有两边的筷子都可用时，才允许哲学家拿起筷子