3. 综合题：有 4 个线程 P1、P2、P3 和 P4 共享一个缓冲区，线程 P1 向缓冲区中存入消息，线程 P2、P3 和 P4 从缓冲区中取消息，要求发送者必须等 3 个进程都取过本条消息后才能发送下一条消息。缓冲区内每次只能容纳 1 个消息，请用 P、V操作描述 4 个进程存取消息的情况，并用代码实现上述过程。

假设缓冲区的初始值为 0，表示缓冲区为空，P1、P2、P3 和 P4 的初始值均为 0，表示它们都不能执行。

P1 存储消息的过程：

while True:
    # 检查是否可以存储消息
    if (P2 + P3 + P4) == 3:
        P2 = P3 = P4 = 0  # 重置 P2、P3、P4 的值
        V(S)  # 释放 S 资源
        P(R)  # 请求 R 资源
        # 存储消息
        print("P1 存储消息")
        V(R)  # 释放 R 资源

P2、P3、P4 取出消息的过程：

while True:
    # 检查是否可以取出消息
    if (P1 == 0) and (P2 == 0) and (P3 == 0) and (P4 == 0):
        V(S)  # 释放 S 资源
        P(R)  # 请求 R 资源
        # 取出消息
        if (P1 + P2 + P3 + P4) == 0:
            print("P2/P3/P4 取出消息")
            V(R)  # 释放 R 资源
        else:
            # 如果有发送者正在等待，则先通知发送者
            V(S)  # 释放 S 资源
            P(R)  # 请求 R 资源
            V(R)  # 释放 R 资源
    else:
        # 如果不能取出消息，则等待
        P(S)  # 请求 S 资源

完整代码如下：

from threading import Thread, Semaphore

S = Semaphore(0)  # 控制发送者和接收者的数量
R = Semaphore(1)  # 控制缓冲区的访问

P1 = P2 = P3 = P4 = 0  # P1、P2、P3、P4 的初始值均为 0

def sender():
    global P1, P2, P3, P4
    while True:
        # 检查是否可以存储消息
        if (P2 + P3 + P4) == 3:
            P2 = P3 = P4 = 0  # 重置 P2、P3、P4 的值
            V(S)  # 释放 S 资源
            P(R)  # 请求 R 资源
            # 存储消息
            print("P1 存储消息")
            V(R)  # 释放 R 资源
    
def receiver():
    global P1, P2, P3, P4
    while True:
        # 检查是否可以取出消息
        if (P1 == 0) and (P2 == 0) and (P3 == 0) and (P4 == 0):
            V(S)  # 释放 S 资源
            P(R)  # 请求 R 资源
            # 取出消息
            if (P1 + P2 + P3 + P4) == 0:
                print("P2/P3/P4 取出消息")
                V(R)  # 释放 R 资源
            else:
                # 如果有发送者正在等待，则先通知发送者
                V(S)  # 释放 S 资源
                P(R)  # 请求 R 资源
                V(R)  # 释放 R 资源
        else:
            # 如果不能取出消息，则等待
            P(S)  # 请求 S 资源

# 创建 5 个线程，其中 1 个是发送者，4 个是接收者
threads = [Thread(target=sender)]
for i in range(4):
    threads.append(Thread(target=receiver))

# 启动所有线程
for thread in threads:
    thread.start()

# 等待所有线程执行完毕
for thread in threads:
    thread.join()