C语言编程实现经典的进程同步问题--读者与写者问题

读者与写者问题是一个经典的进程同步问题，它描述了多个进程竞争共享资源的情况。在读者与写者问题中，有多个读者进程和一个写者进程对一个共享资源进行读写操作。

读者进程可以同时读取共享资源，但是不能同时写入共享资源；写者进程可以独占地写入共享资源，但是不能同时读取共享资源。读者和写者之间需要进行同步，以避免数据不一致的问题。

下面是一个使用 C 语言编写的读者与写者问题的示例代码：

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

#define MAX_READERS 10

sem_t mutex, write_mutex;
int readers = 0;

void *writer(void *arg) {
    int id = *(int *)arg;
    while (1) {
        printf("Writer %d is trying to write.\n", id);
        sem_wait(&write_mutex);
        printf("Writer %d is writing.\n", id);
        sem_post(&write_mutex);
        printf("Writer %d finished writing.\n", id);
    }
}

void *reader(void *arg) {
    int id = *(int *)arg;
    while (1) {
        printf("Reader %d is trying to read.\n", id);
        sem_wait(&mutex);
        readers++;
        if (readers == 1) {
            sem_wait(&write_mutex);
        }
        sem_post(&mutex);
        printf("Reader %d is reading.\n", id);
        sem_wait(&mutex);
        readers--;
        if (readers == 0) {
            sem_post(&write_mutex);
        }
        sem_post(&mutex);
        printf("Reader %d finished reading.\n", id);
    }
}

int main() {
    int i;
    pthread_t readers_tid[MAX_READERS], writer_tid;
    sem_init(&mutex, 0, 1);
    sem_init(&write_mutex, 0, 1);
    int *id = (int *)malloc(sizeof(int));
    *id = 1;
    pthread_create(&writer_tid, NULL, writer, id);
    for (i = 0; i < MAX_READERS; i++) {
        id = (int *)malloc(sizeof(int));
        *id = i + 1;
        pthread_create(&readers_tid[i], NULL, reader, id);
    }
    pthread_join(writer_tid, NULL);
    for (i = 0; i < MAX_READERS; i++) {
        pthread_join(readers_tid[i], NULL);
    }
    sem_destroy(&mutex);
    sem_destroy(&write_mutex);
    return 0;
}

在这个示例代码中，使用了两个信号量：`mutex` 和 `write_mutex`。`mutex` 用于控制读者进程的访问，`write_mutex` 用于控制写者进程的访问。

读者进程在访问共享资源之前需要获取 `mutex` 信号量的锁，然后将 `readers` 计数器加一。如果是第一个读者进程，它需要获取 `write_mutex` 信号量的锁。读取操作完成后，读者进程需要释放 `mutex` 信号量的锁，并将 `readers` 计数器减一。如果是最后一个读者进程，它需要释放 `write_mutex` 信号量的锁。

写者进程需要获取 `write_mutex` 信号量的锁，然后进行写入操作。写入操作完成后，写者进程释放 `write_mutex` 信号量的锁。

在主函数中，创建了一个写者进程和多个读者进程，并等待它们的结束。最后，释放了两个信号量的资源。

这个示例代码实现了基本的读者与写者问题，但是可能存在一些问题，例如写者优先等待、饥饿问题等。为了解决这些问题，需要使用更为复杂的同步机制，例如读写锁、条件变量等。