门(GATE-CS-2000) - 问题19

这是GATE-CS-2000考试的问题19，是一道关于多线程编程的问题。以下是问题的描述：

有一个生产者 - 消费者问题，其中生产者产生整数并将它们放入一个共享缓冲区，而消费者从缓冲区中取出整数并将它们相乘。 合适的信号量被使用来解决此问题。

考虑以下步骤：

• 初始化两个空缓冲区buffer1和buffer2
• 生成一个生产者进程producer1,它会持续不断地生成数据并将其放入buffer1中。
• 生成一个生产者进程producer2，它会持续不断地生成数据并将其放入buffer2中。
• 生成一个消费者进程，它从buffer1和buffer2中获取数据并将它们相乘。

现在，你需要完成一个程序，以模拟上述生产者 - 消费者问题。并需要满足以下要求：

• 程序需要使用多线程编程
• 程序需要使用合适的信号量

下面是一个参考解答的代码片段，代码需要使用Python 3实现。

from threading import Thread, Semaphore

# 初始化信号量
buffer1_sem = Semaphore(1)
buffer2_sem = Semaphore(1)
full_sem = Semaphore(0)

# 初始化缓冲区
buffer1 = None
buffer2 = None

# 生产者1
def producer1():
    global buffer1
    while True:
        # 在buffer1_sem上获取锁
        buffer1_sem.acquire()
        buffer1 = produce_data1()
        # 释放buffer1_sem锁
        buffer1_sem.release()
        # 发送信号
        full_sem.release()

# 生产者2
def producer2():
    global buffer2
    while True:
        # 在buffer2_sem上获取锁
        buffer2_sem.acquire()
        buffer2 = produce_data2()
        # 释放buffer2_sem锁
        buffer2_sem.release()
        # 发送信号
        full_sem.release()

# 消费者
def consumer():
    while True:
        # 等待缓冲区准备数据
        full_sem.acquire()
        # 在buffer1_sem上获取锁
        buffer1_sem.acquire()
        # 在buffer2_sem上获取锁
        buffer2_sem.acquire()
        result = buffer1 * buffer2
        print(result)
        # 释放buffer2_sem锁
        buffer2_sem.release()
        # 释放buffer1_sem锁
        buffer1_sem.release()

# 创建线程
producer1_thread = Thread(target=producer1)
producer2_thread = Thread(target=producer2)
consumer_thread = Thread(target=consumer)

# 启动线程
producer1_thread.start()
producer2_thread.start()
consumer_thread.start()

在以上代码中，我们首先初始化了信号量和缓冲区。然后，我们定义了三个函数，分别对应生产者1、生产者2和消费者。在每个生产者函数中，我们使用Semaphore类的acquire()方法，在获取相应的信号量前等待。获取锁后，我们向缓冲区写入数据，并释放锁和发送信号。

在消费者函数中，我们等待信号，在得到信号时，获取两个缓冲区的锁，读取数据并乘法运算。最后，我们释放两个缓冲区的锁。

最后，我们创建三个线程并分别启动它们，以开始模拟生产者 - 消费者问题。