用信号量解决经典同步问题（生产者消费者问题，哲学家进餐问题，读者写者问题，用c语言（2学时）

在计算机科学中，信号量是一种用于控制并发进程访问共享资源的重要工具。它帮助解决经典同步问题，比如生产者消费者问题、哲学家进餐问题和读者写者问题。

1. **生产者消费者问题**：两个线程分别代表生产者（生产物品放入缓冲区）和消费者（从缓冲区取出物品）。通过信号量来管理缓冲区的状态（空或满），生产者只有当缓冲区空时才生产，消费者只有在缓冲区满时才消费，避免了竞争条件。

sem_t mutex, empty, full; // 初始化为1
...
while (true) {
    sem_wait(&empty); // 生产者获取空信号量
    ...生产并设置full...
    sem_post(&full); // 释放满信号量

    sem_wait(&full); // 消费者获取满信号量
    ...消费并设置empty...
    sem_post(&empty); // 释放空信号量
}

2. **哲学家进餐问题**：五个哲学家围着一张餐桌，每只手握着一根筷子。通过信号量控制筷子是否可用，防止饿死（即某个哲学家无法得到所有筷子而终止）。通常会涉及互斥锁和资源编号策略。

3. **读者写者问题**：多个读取者可以同时访问共享资源，但只有一个写者。信号量可以控制同时进入读模式和写模式的进程数。例如，使用两把锁（一把读锁，一把写锁），每个读操作先获取读锁，写操作先获取写锁。

sem_t readers, writers; // 初始化为1
...
while (true) {
    if (!writers_count && !reading_count) { // 可以写作
        sem_wait(&readers);
        sem_wait(&writers);
        ...写操作...
        sem_post(&writers);
        reading_count++;
    } else if (reading_count > 0) { // 只允许单个读者
        sem_wait(&readers);
        ...读操作...
        sem_post(&readers);
    }
}