Linux操作系统中利用C++实现多个进程之间互斥访问临界资源（进程个数不限，先写出PV操作的伪算法，然后对这个伪算法进行算法实现）

伪算法：

int mutex = semget(key1, 1, IPC_CREAT | 0666); // 创建互斥信号量
semctl(mutex, 0, SETVAL, 1); // 初始化互斥信号量

int full = semget(key2, 1, IPC_CREAT | 0666); // 创建满信号量
semctl(full, 0, SETVAL, 0); // 初始化满信号量

int empty = semget(key3, 1, IPC_CREAT | 0666); // 创建空信号量
semctl(empty, 0, SETVAL, n); // 初始化空信号量

int shmid = shmget(key4, sizeof(int) * n, IPC_CREAT | 0666); // 创建共享内存
int* buffer = (int*) shmat(shmid, NULL, 0); // 映射共享内存

void producer() {
    while (true) {
        // 生产一个数据项
        int item = produce_item();

        // 等待空缓冲区
        struct sembuf op1 = {0, -1, 0}; // P(empty)
        semop(empty, &op1, 1);

        // 互斥访问临界区
        struct sembuf op2 = {0, -1, 0}; // P(mutex)
        semop(mutex, &op2, 1);

        // 将数据项放入缓冲区
        insert_item(item, buffer);

        // 释放互斥锁
        struct sembuf op3 = {0, 1, 0}; // V(mutex)
        semop(mutex, &op3, 1);

        // 通知消费者缓冲区非空
        struct sembuf op4 = {0, 1, 0}; // V(full)
        semop(full, &op4, 1);
    }
}

void consumer() {
    while (true) {
        // 等待非空缓冲区
        struct sembuf op1 = {0, -1, 0}; // P(full)
        semop(full, &op1, 1);

        // 互斥访问临界区
        struct sembuf op2 = {0, -1, 0}; // P(mutex)
        semop(mutex, &op2, 1);

        // 从缓冲区取出数据项
        int item = remove_item(buffer);

        // 释放互斥锁
        struct sembuf op3 = {0, 1, 0}; // V(mutex)
        semop(mutex, &op3, 1);

        // 通知生产者缓冲区非满
        struct sembuf op4 = {0, 1, 0}; // V(empty)
        semop(empty, &op4, 1);

        // 消费数据项
        consume_item(item);
    }
}

算法实现：

首先需要包含必要的头文件：

#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <cstdlib>
#include <iostream>

然后可以定义共享内存和信号量的键值：

#define KEY1 1234 // 互斥信号量键值
#define KEY2 2345 // 满信号量键值
#define KEY3 3456 // 空信号量键值
#define KEY4 4567 // 共享内存键值

接着可以定义数据项的生产和消费方法：

int produce_item() {
    return rand() % 100;
}

void consume_item(int item) {
    std::cout << "Consumed item: " << item << std::endl;
}

然后可以定义插入和删除数据项的方法：

void insert_item(int item, int* buffer) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (buffer[i] == 0) {
            buffer[i] = item;
            break;
        }
    }
}

int remove_item(int* buffer) {
    int item = buffer[0];
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        buffer[i] = buffer[i + 1];
    }
    buffer[n - 1] = 0;
    return item;
}

最后可以定义生产者和消费者进程的代码：

int main() {
    // 创建互斥信号量
    int mutex = semget(KEY1, 1, IPC_CREAT | 0666);
    semctl(mutex, 0, SETVAL, 1);

    // 创建满信号量
    int full = semget(KEY2, 1, IPC_CREAT | 0666);
    semctl(full, 0, SETVAL, 0);

    // 创建空信号量
    int empty = semget(KEY3, 1, IPC_CREAT | 0666);
    semctl(empty, 0, SETVAL, n);

    // 创建共享内存
    int shmid = shmget(KEY4, sizeof(int) * n, IPC_CREAT | 0666);
    int* buffer = (int*) shmat(shmid, NULL, 0);

    // 创建生产者进程
    int pid;
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        pid = fork();
        if (pid == 0) {
            while (true) {
                // 生产一个数据项
                int item = produce_item();

                // 等待空缓冲区
                struct sembuf op1 = {0, -1, 0}; // P(empty)
                semop(empty, &op1, 1);

                // 互斥访问临界区
                struct sembuf op2 = {0, -1, 0}; // P(mutex)
                semop(mutex, &op2, 1);

                // 将数据项放入缓冲区
                insert_item(item, buffer);

                // 释放互斥锁
                struct sembuf op3 = {0, 1, 0}; // V(mutex)
                semop(mutex, &op3, 1);

                // 通知消费者缓冲区非空
                struct sembuf op4 = {0, 1, 0}; // V(full)
                semop(full, &op4, 1);

                sleep(1);
            }
        }
    }

    // 创建消费者进程
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        pid = fork();
        if (pid == 0) {
            while (true) {
                // 等待非空缓冲区
                struct sembuf op1 = {0, -1, 0}; // P(full)
                semop(full, &op1, 1);

                // 互斥访问临界区
                struct sembuf op2 = {0, -1, 0}; // P(mutex)
                semop(mutex, &op2, 1);

                // 从缓冲区取出数据项
                int item = remove_item(buffer);

                // 释放互斥锁
                struct sembuf op3 = {0, 1, 0}; // V(mutex)
                semop(mutex, &op3, 1);

                // 通知生产者缓冲区非满
                struct sembuf op4 = {0, 1, 0}; // V(empty)
                semop(empty, &op4, 1);

                // 消费数据项
                consume_item(item);

                sleep(1);
            }
        }
    }

    // 等待子进程结束
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        wait(NULL);
    }

    // 删除信号量和共享内存
    semctl(mutex, 0, IPC_RMID, 0);
    semctl(full, 0, IPC_RMID, 0);
    semctl(empty, 0, IPC_RMID, 0);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);

    return 0;
}