用信号量解决同步问题

信号量是一种用于进程间同步及互斥的工具。它是一个计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问。当一个进程需要访问共享资源时，它必须先获取信号量，然后才能访问该资源。当进程访问完共享资源后，它必须释放信号量，以便其他进程可以访问该资源。

在使用信号量解决同步问题时，通常需要定义两个信号量：一个用于表示资源的可用数量，另一个用于表示等待访问该资源的进程数量。

下面是使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 10

int buffer[BUFFER_SIZE];
sem_t empty, full;
pthread_mutex_t mutex;

void *producer(void *arg) {
    int item;
    while (1) {
        item = rand() % 100;
        sem_wait(&empty);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        buffer[insert_index] = item;
        insert_index = (insert_index + 1) % BUFFER_SIZE;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&full);
    }
}

void *consumer(void *arg) {
    int item;
    while (1) {
        sem_wait(&full);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        item = buffer[remove_index];
        remove_index = (remove_index + 1) % BUFFER_SIZE;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&empty);
        printf("Consumed item: %d\n", item);
    }
}

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;
    sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE);
    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);
    sem_destroy(&full);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

在这段代码中，使用了两个信号量 empty 和 full 分别表示缓冲区空闲数量和已占用数量。当生产者向缓冲区中插入数据时，需要先获取 empty 信号量，如果缓冲区已满，则阻塞等待；同时需要获取互斥锁 mutex，以保证对缓冲区的访问同步。当生产者插入数据后，需要释放互斥锁 mutex 和 full 信号量，以通知消费者有新的数据可用。

当消费者从缓冲区中取出数据时，需要获取 full 信号量，如果缓冲区为空，则阻塞等待；同时需要获取互斥锁 mutex，以保证对缓冲区的访问同步。当消费者取出数据后，需要释放互斥锁 mutex 和 empty 信号量，以通知生产者有新的空闲位置可用。