Problema del Productor-Consumidor

Se definen dos familias de procesos: productores y consumidores.

Existen algunos requisitos, o propiedades:

• No se puede consumir lo que no hay.
• Todos los elementos producidos son eventualmente consumidos.
• Al espacio de almacenamiento se accede de a uno.
• Se debe respetar el orden de almacenamiento y retiro de los elementos.

Al utilizar un buffer de comunicación, se presentan los siguientes problemas de sincronización:

1. No se puede consumir si el buffer está vacío.
2. No se puede producir si el buffer está lleno.

Solución con Semáforos

Vamos a estudiar dos casos:

• Buffer infinito
• Buffer acotado

Buffer Infinito

En este caso solo se presenta el primer problema. Debemos definir un semáforo que represente la cantidad de recurso disponible.

// --- DEFINITION ---
Buffer buffer = buffer_new()
Semaphore not_empty = semaphore_new(0)

// --- PRODUCTOR ---
Resource r
while true {
	r = produce()
	append(buffer, r)
	signal(not_empty)
}

// --- CONSUMIDOR ---
Resource r
while true {
	wait(not_empty)
	r = take(buffer)
	consume(r)
}

Nos aseguramos de esta forma que un productor nunca tome un elemento del buffer cuando este está vacío, gracias a la utilización de un semáforo.

Buffer acotado

En este caso se presentan ambos problemas descritos. Además del semáforo que representa la cantidad de recurso disponible, tendremos un semáforo más que representa la capacidad restante del buffer.

// --- DEFINITION ---
Buffer buffer = buffer_new()
Semaphore not_empty = semaphore_new(0)
Semaphore not_full = semaphore_new(N)

// --- PRODUCTOR ---
Resource r
while true {
	r = produce()
	wait(not_full)
	append(buffer, r)
	signal(not_empty)
}

// --- CONSUMIDOR ---
Resource r
while true {
	wait(not_empty)
	r = take(buffer)
	signal(not_full)
	consume(r)
}

No solo nos aseguramos de no tomar recurso que no existe, además nos aseguramos de no sobrepasar la capacidad del buffer.

La técnica de tener múltiples semáforos cuyos contadores sumen a una constante fija $N$ se conoce como split semaphores.