信号量实现生产者消费者C语言

以下是使用信号量实现生产者消费者问题的C语言代码：

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

#define BUFFER_SIZE 5 // 缓冲池大小
#define PRODUCER_NUM 2 // 生产者数量
#define CONSUMER_NUM 3 // 消费者数量
#define ITEM_COUNT  20 // 生产/消费总数

int buffer[BUFFER_SIZE]; // 缓冲池
int in = 0; // 生产者写入位置
int out = 0; // 消费者读取位置

sem_t mutex; // 互斥信号量，保护缓冲池的访问
sem_t empty; // 空闲信号量，表示缓冲池空闲位置数量
sem_t full; // 满信号量，表示缓冲池已有数据数量

void* producer(void* arg) {
    int id = *(int*)arg;
    for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {
        sem_wait(&empty); // 等待空闲空间
        sem_wait(&mutex); // 互斥访问缓冲池
        buffer[in] = i;
        printf("Producer %d: produced item %d at buffer[%d]\n", id, i, in);
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        sem_post(&mutex); // 释放互斥信号量
        sem_post(&full); // 发送满信号量
    }
    return NULL;
}

void* consumer(void* arg) {
    int id = *(int*)arg;
    for (int i = 0; i < ITEM_COUNT / CONSUMER_NUM; i++) {
        sem_wait(&full); // 等待缓冲池有数据
        sem_wait(&mutex); // 互斥访问缓冲池
        int item = buffer[out];
        printf("Consumer %d: consumed item %d at buffer[%d]\n", id, item, out);
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        sem_post(&mutex); // 释放互斥信号量
        sem_post(&empty); // 发送空闲信号量
    }
    return NULL;
}

int main() {
    sem_init(&mutex, 0, 1); // 初始化互斥信号量
    sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); // 初始化空闲信号量
    sem_init(&full, 0, 0); // 初始化满信号量

    pthread_t producers[PRODUCER_NUM];
    pthread_t consumers[CONSUMER_NUM];

    int producer_ids[PRODUCER_NUM];
    int consumer_ids[CONSUMER_NUM];

    for (int i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) {
        producer_ids[i] = i;
        pthread_create(&producers[i], NULL, producer, &producer_ids[i]);
    }

    for (int i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) {
        consumer_ids[i] = i;
        pthread_create(&consumers[i], NULL, consumer, &consumer_ids[i]);
    }

    for (int i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) {
        pthread_join(producers[i], NULL);
    }

    for (int i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) {
        pthread_join(consumers[i], NULL);
    }

    sem_destroy(&mutex);
    sem_destroy(&empty);
    sem_destroy(&full);

    return 0;
}

在这个程序中，我们使用了三个信号量：互斥信号量 `mutex` 用于保护缓冲池的访问，空闲信号量 `empty` 表示缓冲池空闲位置数量，满信号量 `full` 表示缓冲池已有数据数量。

生产者线程的主要操作是往缓冲池中写入数据。当缓冲池已满时，生产者需要等待空闲信号量 `empty`；当生产者向缓冲池中写入数据时，需要先获得互斥信号量 `mutex`，以保证缓冲池的访问不会发生冲突。

消费者线程的主要操作是从缓冲池中读取数据。当缓冲池为空时，消费者需要等待满信号量 `full`；当消费者从缓冲池中读取数据时，也需要先获得互斥信号量 `mutex`。

在 `main` 函数中，我们首先初始化三个信号量，然后创建多个生产者和消费者线程。当所有生产者和消费者线程都执行完毕后，我们销毁三个信号量。