用信号量解决经典同步问题代码

以下是使用信号量解决生产者-消费者问题的代码示例（使用C语言和Linux系统信号量）：

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

#define BUFFER_SIZE 5 // 缓冲区大小
#define PRODUCER_NUM 2 // 生产者数量
#define CONSUMER_NUM 2 // 消费者数量
#define ITEM_NUM 10 // 每个生产者/消费者生产/消费的数据数量

sem_t empty, full; // 空闲空间和已有数据的信号量
pthread_mutex_t mutex; // 互斥锁

int buffer[BUFFER_SIZE]; // 缓冲区
int in = 0, out = 0; // 生产者和消费者的指针

void *producer(void *arg) {
    int id = *(int *)arg;
    int i, item;
    for (i = 0; i < ITEM_NUM; i++) {
        item = rand() % 100; // 生产一个随机数作为数据
        sem_wait(&empty); // 等待空闲空间
        pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
        buffer[in] = item;
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        printf("Producer %d produces item %d\n", id, item);
        pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
        sem_post(&full); // 增加已有数据
        sleep(1); // 等待一段时间再生产下一个数据
    }
    pthread_exit(NULL);
}

void *consumer(void *arg) {
    int id = *(int *)arg;
    int i, item;
    for (i = 0; i < ITEM_NUM; i++) {
        sem_wait(&full); // 等待已有数据
        pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
        item = buffer[out];
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        printf("Consumer %d consumes item %d\n", id, item);
        pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
        sem_post(&empty); // 增加空闲空间
        sleep(1); // 等待一段时间再消费下一个数据
    }
    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    int i;
    pthread_t producer_threads[PRODUCER_NUM], consumer_threads[CONSUMER_NUM];
    int producer_ids[PRODUCER_NUM], consumer_ids[CONSUMER_NUM];
    srand(time(NULL));
    sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); // 初始化空闲空间为缓冲区大小
    sem_init(&full, 0, 0); // 初始化已有数据为0
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁
    for (i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) {
        producer_ids[i] = i;
        pthread_create(&producer_threads[i], NULL, producer, &producer_ids[i]);
    }
    for (i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) {
        consumer_ids[i] = i;
        pthread_create(&consumer_threads[i], NULL, consumer, &consumer_ids[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); // 销毁信号量
    sem_destroy(&full);
    pthread_mutex_destroy(&mutex); // 销毁互斥锁
    return 0;
}

该代码中，生产者和消费者线程分别调用`producer`和`consumer`函数，其中`arg`参数用于传递线程ID。在`producer`函数中，线程首先生成一个随机数作为数据，然后等待空闲空间信号量`empty`，如果当前空闲空间大于0，则可以添加数据，同时减少空闲空间，增加已有数据信号量`full`。在`consumer`函数中，线程首先等待已有数据信号量`full`，如果当前已有数据大于0，则可以取出数据，同时减少已有数据，增加空闲空间信号量`empty`。在添加和取出数据时，使用互斥锁`mutex`来保证线程安全。最后，使用`sem_destroy`和`pthread_mutex_destroy`函数销毁信号量和互斥锁。