信号量解决进程同步问题生产者消费者问题代码

下面是一个使用信号量解决生产者消费者问题的示例代码，其中生产者进程和消费者进程通过信号量来同步它们的操作，确保它们不会同时访问共享缓冲区：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

#define KEY 1234
#define BUFFER_SIZE 10

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

// 初始化信号量
int init_sem(int sem_id, int init_val) {
    union semun sem_union;
    sem_union.val = init_val;
    return semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union);
}

// P 操作
int sem_p(int sem_id) {
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = -1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    return semop(sem_id, &sem_b, 1);
}

// V 操作
int sem_v(int sem_id) {
    struct sembuf sem_b;
    sem_b.sem_num = 0;
    sem_b.sem_op = 1;
    sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    return semop(sem_id, &sem_b, 1);
}

// 删除信号量
int del_sem(int sem_id) {
    union semun sem_union;
    return semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union);
}

int main() {
    int sem_id, pid;
    key_t key = KEY;
    int buffer[BUFFER_SIZE];
    int in = 0, out = 0;
    int num = 0;

    // 创建信号量
    sem_id = semget(key, 2, IPC_CREAT | 0666);
    if (sem_id == -1) {
        perror("create semaphore error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 初始化信号量的值
    if (init_sem(sem_id, 1) == -1 || init_sem(sem_id + 1, 0) == -1) {
        perror("init semaphore error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    else if (pid == 0) {
        // 子进程为生产者
        while (1) {
            sem_p(sem_id);
            if (num < BUFFER_SIZE) {
                buffer[in] = num++;
                in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
                printf("producer: produced %d\n", buffer[in]);
            }
            sem_v(sem_id + 1);
            sleep(1);
        }
    }
    else {
        // 父进程为消费者
        while (1) {
            sem_p(sem_id + 1);
            if (num > 0) {
                printf("consumer: consumed %d\n", buffer[out]);
                buffer[out] = 0;
                out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
                num--;
            }
            sem_v(sem_id);
            sleep(2);
        }
    }

    // 删除信号量
    if (del_sem(sem_id) == -1) {
        perror("delete semaphore error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (del_sem(sem_id + 1) == -1) {
        perror("delete semaphore error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    return 0;
}

在这个示例代码中，生产者进程和消费者进程通过调用 `sem_p()` 和 `sem_v()` 函数来进行 P 操作和 V 操作，从而实现对共享缓冲区的互斥访问和同步操作。其中，生产者进程等待信号量 1 并进行 P 操作后，判断缓冲区是否已满，如果未满则将一个元素放入缓冲区，然后进行 V 操作 0 并释放信号量 0；消费者进程等待信号量 0 并进行 P 操作后，判断缓冲区是否为空，如果非空则从缓冲区中取出一个元素，然后进行 V 操作 1 并释放信号量 1。