使用记录型信号量实现生产者消费者问题

在C语言中，记录型信号量（也称为条件变量）常用于同步多线程间的操作，尤其是在处理生产者-消费者问题时。生产者消费者问题是经典的并发控制问题，描述了多个线程或进程如何共享有限资源的情况。生产者负责产生数据放入缓冲区，而消费者负责从缓冲区中取出并处理数据。

使用记录型信号量（如`sem_t`在POSIX标准库中定义）可以帮助我们管理生产者和消费者之间的交互：

1. **信号量结构**：通常包含两个信号量，一个是计数信号量（表示缓冲区中的可用元素数量），另一个是二元信号量（用来同步生产者和消费者，0表示等待，非0表示活动）。

struct sembuf {
    int.semop;   // 操作类型（P为取，V为放）
    int.semval;  // 操作值（如果是P，取多少；如果是V，增加多少）
};

2. **生产者部分**：
- 当缓冲区空时（计数信号量为0），生产者调用`sem_wait(&count_semaphore)`等待；
- 生产完一个元素后，增加计数信号量并唤醒可能等待的消费者：`sem_post(&count_semaphore)`。

3. **消费者部分**：
- 当缓冲区有元素时（计数信号量大于0），消费者调用`sem_wait(&count_semaphore)`；
- 使用完元素后，减少计数信号量并让其他可能的消费者知道可以继续：`sem_post(&count_semaphore)`。

4. **使用记录型信号量（sem_wait, sem_post）**：
- `sem_wait`会阻塞当前线程，直到信号量变为正数或收到其他线程的通知；
- `sem_post`如果信号量为0，则将其置为1，唤醒一个等待该信号量的线程（如果有）。

下面是简单的伪代码示例：

#include <semaphore.h>

#define BUFFER_SIZE 5
sem_t count_sema, done_sema;

void producer() {
    for (int i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++) {
        if (sem_wait(&count_sema) == -1) { ... } // 等待缓冲区不为空
        // 生产元素
        sem_post(&done_sema);     // 告诉消费者已生产完成
    }
}

void consumer() {
    while (true) {
        if (sem_wait(&done_sema) == -1) { ... } // 等待生产者完成生产
        // 消费元素
        sem_post(&count_sema);     // 让缓冲区恢复一个空间
    }
}