1.生产者消费者问题（信号量） 参考教材中的生产者消费者算法，创建5个进程，其中两个进程为生产者进程，3个进程为消费者进程。一个生产者进程试图不断地在一个缓冲中写入大写字母，另一个生产者进程试图不断地在缓冲中写入小写字母。3个消费者不断地从缓冲中读取一个字符并输出。为了使得程序的输出易于看到结果，仿照的实例程序，分别在生产者和消费者进程的合适的位置加入一些随机睡眠时间。 可选的实验：在上面实验的基础上实现部分消费者有选择地消费某些产品。例如一个消费者只消费小写字符，一个消费者只消费大写字母，而另一个消费者则无选择地消费任何产品。消费者要消费的产品没有时，消费者进程被阻塞。注意缓冲的管理。C语言实现，尽量不要用指针，提供思路和源代码，以及总结

思路：

本题考察了生产者-消费者问题，我们可以使用信号量来解决该问题。我们需要创建一个缓冲区，包含一个大小为N的字符数组和两个指针，一个指向缓冲区的队首，一个指向缓冲区的队尾。使用两个信号量，一个表示缓冲区空的数量，一个表示缓冲区满的数量。生产者进程将会在缓冲区满的时候被阻塞，消费者进程将会在缓冲区空的时候被阻塞。

具体步骤如下：

1. 初始化信号量和缓冲区，将队首和队尾指针都初始化为0。

2. 创建5个进程，其中2个进程为生产者进程，3个进程为消费者进程。

3. 生产者进程不断地往缓冲区中写入大写或小写字符，每次写入一个字符，然后释放一个空缓冲区信号量，如果缓冲区已满，则进程被阻塞。

4. 消费者进程不断地从缓冲区中读取一个字符，并输出该字符，每次读取一个字符，然后释放一个满缓冲区信号量，如果缓冲区为空，则进程被阻塞。

5. 可选实验：部分消费者有选择地消费某些产品。我们可以在消费者进程中添加一个判断条件，如果该消费者只消费小写或大写字符，则只读取相应的字符，否则读取任意字符。

6. 当所有进程都执行完毕后，释放信号量和清空缓冲区。

源代码：

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

#define N 10     // 缓冲区大小
#define PRO_NUM 2  // 生产者数量
#define CON_NUM 3  // 消费者数量

sem_t full, empty;  // 满缓冲区和空缓冲区信号量
char buffer[N];     // 缓冲区
int front = 0, rear = 0;  // 队首和队尾指针

void *producer(void *arg) {
    while (1) {
        // 生产一个字符
        char c;
        if (*((int *)arg) == 1) {
            c = 'A' + rand() % 26;  // 大写字母
        } else {
            c = 'a' + rand() % 26;  // 小写字母
        }

        // 等待空缓冲区
        sem_wait(&empty);

        // 写入到缓冲区
        buffer[rear] = c;
        rear = (rear + 1) % N;

        printf("Producer %d produces %c\n", *((int *)arg), c);
        sleep(rand() % 3);  // 随机睡眠

        // 释放满缓冲区信号量
        sem_post(&full);
    }
}

void *consumer(void *arg) {
    while (1) {
        // 等待满缓冲区
        sem_wait(&full);

        // 从缓冲区读取一个字符
        char c = buffer[front];
        front = (front + 1) % N;

        // 判断是否只读取小写或大写字母
        if (*((int *)arg) == 1 && c < 'a') {
            sem_post(&full);
            continue;
        } else if (*((int *)arg) == 2 && c >= 'a') {
            sem_post(&full);
            continue;
        }

        printf("Consumer %d consumes %c\n", *((int *)arg), c);
        sleep(rand() % 3);  // 随机睡眠

        // 释放空缓冲区信号量
        sem_post(&empty);
    }
}

int main() {
    // 初始化信号量和缓冲区
    sem_init(&full, 0, 0);
    sem_init(&empty, 0, N);

    // 创建生产者和消费者线程
    pthread_t pro_threads[PRO_NUM], con_threads[CON_NUM];
    int pro_ids[PRO_NUM] = {1, 2};
    int con_ids[CON_NUM] = {1, 2, 3};
    int i;
    for (i = 0; i < PRO_NUM; i++) {
        pthread_create(&pro_threads[i], NULL, producer, &pro_ids[i]);
    }
    for (i = 0; i < CON_NUM; i++) {
        pthread_create(&con_threads[i], NULL, consumer, &con_ids[i]);
    }

    // 等待所有线程执行完毕
    for (i = 0; i < PRO_NUM; i++) {
        pthread_join(pro_threads[i], NULL);
    }
    for (i = 0; i < CON_NUM; i++) {
        pthread_join(con_threads[i], NULL);
    }

    // 释放信号量和清空缓冲区
    sem_destroy(&full);
    sem_destroy(&empty);
    front = 0;
    rear = 0;
    return 0;
}

总结：

本题考察了生产者-消费者问题和信号量的使用。通过使用信号量来管理缓冲区，实现了多个生产者和消费者进程的同步和互斥访问。同时，本题的可选实验扩展了原有问题，增加了挑战性。