用信号量解决经典同步问题，生产者消费者问题及c语言代码示例

生产者消费者问题是一个经典的同步问题，可以通过信号量来解决。

信号量是一种同步机制，用于协调多个进程或线程之间的操作。它可以用来实现互斥、同步和通信等功能。在生产者消费者问题中，可以使用两个信号量来实现同步，一个用于表示有空闲的缓冲区可以写入，一个用于表示有数据可以读取。

以下是一个用信号量解决生产者消费者问题的示例代码：

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

#define BUFFER_SIZE 5
#define PRODUCER_NUM 2
#define CONSUMER_NUM 2

sem_t empty, full, mutex;
int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0, out = 0;

void *producer(void *arg)
{
    int id = *((int *)arg);
    while (1) {
        int item = rand() % 100 + 1;
        sem_wait(&empty);
        sem_wait(&mutex);
        buffer[in] = item;
        printf("Producer %d produced item %d\n", id, item);
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        sem_post(&mutex);
        sem_post(&full);
        sleep(rand() % 3);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

void *consumer(void *arg)
{
    int id = *((int *)arg);
    while (1) {
        sem_wait(&full);
        sem_wait(&mutex);
        int item = buffer[out];
        printf("Consumer %d consumed item %d\n", id, item);
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        sem_post(&mutex);
        sem_post(&empty);
        sleep(rand() % 3);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

int main()
{
    pthread_t producer_threads[PRODUCER_NUM], consumer_threads[CONSUMER_NUM];
    sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE);
    sem_init(&full, 0, 0);
    sem_init(&mutex, 0, 1);
    int i, id[PRODUCER_NUM + CONSUMER_NUM];
    for (i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) {
        id[i] = i;
        pthread_create(&producer_threads[i], NULL, producer, &id[i]);
    }
    for (i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) {
        id[PRODUCER_NUM + i] = i;
        pthread_create(&consumer_threads[i], NULL, consumer, &id[PRODUCER_NUM + i]);
    }
    for (i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) {
        pthread_join(producer_threads[i], NULL);
    }
    for (i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) {
        pthread_join(consumer_threads[i], NULL);
    }
    sem_destroy(&empty);
    sem_destroy(&full);
    sem_destroy(&mutex);
    return 0;
}

在本示例代码中，empty、full和mutex是三个信号量，分别用于表示空闲缓冲区数、有数据缓冲区数和互斥访问缓冲区。在生产者线程中，先使用sem_wait(&empty)等待有空闲缓冲区可以写入，然后使用sem_wait(&mutex)获取互斥访问权，向缓冲区写入数据，然后释放互斥访问权和写入信号量full，并睡眠一段时间。在消费者线程中，先使用sem_wait(&full)等待有数据缓冲区可以读取，然后使用sem_wait(&mutex)获取互斥访问权，从缓冲区读取数据，然后释放互斥访问权和空闲信号量empty，并睡眠一段时间。

这样通过信号量的机制，就可以实现多个生产者和多个消费者并发地操作缓冲区，避免了数据竞争和死锁等问题。