经典进程同步问题C语言

经典的进程同步问题通常包括生产者-消费者问题、读者-写者问题和哲学家就餐问题等。这里以生产者-消费者问题为例，简单介绍一下如何在 C 语言中实现进程同步。

生产者-消费者问题是指多个进程共享同一个缓冲区，其中生产者进程向缓冲区中写入数据，而消费者进程则从缓冲区中读取数据。为了避免竞争条件和死锁等问题，需要使用同步机制来保证进程之间的协调工作。

使用信号量可以实现进程同步。信号量是一个计数器，用于控制对共享资源的访问。在 C 语言中，我们可以使用 POSIX 信号量库来创建和使用信号量。

下面是一个简单的生产者-消费者问题的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

#define BUFFER_SIZE 10

int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0, out = 0;

sem_t empty; // 缓冲区空闲信号量
sem_t full;  // 缓冲区满信号量
pthread_mutex_t mutex; // 互斥锁

void *producer(void *arg)
{
    int item;

    while (1) {
        item = rand() % 100; // 生产一个随机数
        sem_wait(&empty);    // 当缓冲区空间为 0 时等待
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        buffer[in] = item;
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; // 循环缓冲区
        printf("Producer produced item %d\n", item);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&full);     // 增加缓冲区中的项目数
    }

    pthread_exit(NULL);
}

void *consumer(void *arg)
{
    int item;

    while (1) {
        sem_wait(&full);     // 当缓冲区中没有项目时等待
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        item = buffer[out];
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; // 循环缓冲区
        printf("Consumer consumed item %d\n", item);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&empty);    // 增加缓冲区的空闲空间
    }

    pthread_exit(NULL);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;

    sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); // 初始化信号量
    sem_init(&full, 0, 0);
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    sem_destroy(&empty);  // 销毁信号量和互斥锁
    sem_destroy(&full);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

在这个示例中，我们使用了两个信号量 `empty` 和 `full` 来控制缓冲区的空闲空间和项目数。当 `empty` 为 0 时，表示缓冲区已满，生产者需要等待；当 `full` 为 0 时，表示缓冲区没有项目，消费者需要等待。使用互斥锁 `mutex` 来保护共享资源的访问，避免竞争条件。

当生产者生成一个随机数时，将其写入缓冲区，同时增加 `in` 指针，表示缓冲区中的项目数增加了一个。当消费者读取缓冲区中的项目时，将其存储到 `item` 中，并将 `out` 指针增加，表示缓冲区中的项目数减少了一个。

上述代码中，生产者和消费者都是无限循环运行的，可以使用 `pthread_cancel()` 函数来终止它们的运行。此外，还需要注意的是，在使用信号量等同步机制时，不要忘记释放已经申请的资源，否则可能会导致死锁等问题。