Question

在操作系统概念的第3.4.1节（Silberschatz，第9版）中，作者介绍了生产者 - 消费者问题，并给出了以下使用循环缓冲区的实现（第125,126页）。

//Shared variables

#define BUFFER SIZE 10
struct Item;
Item buffer[BUFFER SIZE];
int in = 0, out = 0;

//buffer is empty when  in == out
//buffer is full when   (in + 1) % BUFFER SIZE == out

//Producer
while (true)
{
    Item next_produced = /*produce item here*/;

    while (((in + 1) % BUFFER SIZE) == out) ; //do nothing

    buffer[in] = next_produced;
    in = (in + 1) % BUFFER SIZE;
}

//Consumer
while (true)
{   
    while (in == out) ;  //do nothing

    Item next_consumed = buffer[out];
    out = (out + 1) % BUFFER SIZE;

    //consume the item in next_consumed here
}

这本书说：

这个例子中的一个问题并没有解决有关情况的问题生产者流程和消费者流程都试图这样做同时访问共享缓冲区。

我没有看到生产者和消费者同时访问相同缓冲元素的情况。

我的问题是：如果生产者和消费者在两个线程中运行，那么这个实现中是否存在竞争条件或其他同步问题？

Answer 1

有很多可能性

最明显的：如果有2个生产者生成数据。假设缓冲区中只有1个可用空间，则两个生成器线程都可以通过while (in + 1) % BUFFER SIZE) == out并尝试放入缓冲区。这可能导致缓冲区损坏或数据丢失
即使只有1个消费者和1个生产者，仍然存在一些不太明显的问题。例如，编译器可能会重新排列行
```
buffer[in] = next_produced;
in = (in + 1) % BUFFER SIZE;
```
使in的更新发生在更新buffer之前，这会导致消费者访问未初始化的数据。

Answer 2

无法保证在修改buffer[x]或in

之前会看到对out的写入

因此假设只有一个读者和一个编写者，那么in，out变量都在一个线程中被修改。

buffer[in] = next_produced;
in = (in + 1) % BUFFER SIZE;

可以看到读者错误排序，导致读者看到移动，但缓冲区的旧值[in]

Item next_consumed = buffer[out];
out = (out + 1) % BUFFER SIZE;

编译器或处理器可能会造成错误，允许生产者在buffer[out]读取值之前写入完整队列覆盖next_consumed的值。

这个生产者 - 消费者实施中是否存在竞争条件？

2 个答案: