用c语言写操作系统中的生产者与消费者问题

在C语言中，生产者-消费者问题是一个经典的并发编程示例，它模拟了两个线程之间的通信，一个是生产者（Producer），负责生成数据放入缓冲区；另一个是消费者（Consumer），从缓冲区取出数据进行处理。通常会借助队列（如数组或链表）作为共享资源。

下面是一个简单的C语言版本的生产者-消费者模型：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h> // 使用信号量库

#define MAX_QUEUE_SIZE 10
typedef struct {
    int data[MAX_QUEUE_SIZE];
    int front, rear;
} Queue;

// 生产者函数
void producer(Queue* queue, int count) {
    sem_t empty = 0; // 空闲信号量
    sem_t full = MAX_QUEUE_SIZE - 1; // 满载信号量
    
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        sem_wait(&empty); // 当缓冲区为空时等待
        queue->data[queue->rear] = i; // 插入元素
        queue->rear = (queue->rear + 1) % MAX_QUEUE_SIZE;
        sem_post(&full); // 缓冲区满，唤醒消费者
        printf("Produced item %d\n", i);
    }
}

// 消费者函数
void consumer(Queue* queue) {
    sem_t empty = 0;
    sem_t full = MAX_QUEUE_SIZE - 1;
    
    while (1) {
        sem_wait(&full); // 当缓冲区非空时等待
        if (queue->front == queue->rear) { // 如果队列已空，则退出循环
            break;
        }
        int item = queue->data[queue->front]; // 取出元素
        queue->front = (queue->front + 1) % MAX_QUEUE_SIZE;
        sem_post(&empty); // 缓冲区不满，通知生产者可以继续
        printf("Consumed item %d\n", item);
    }
}

int main() {
    Queue queue;
    sem_init(&empty, 0, 0);
    sem_init(&full, 0, MAX_QUEUE_SIZE);

    // 创建生产者和消费者线程
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;
    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, &queue);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, &queue);

    // 等待所有线程完成
    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    return 0;
}