C语言实现理发师问题：多线程同步与信号量示例

本篇文档是关于用多线程同步方法解决Linux环境下“睡眠理发师问题”（Sleeping Barber Problem）的课程设计报告，由计算机科学与技术学院软件工程专业的学生完成。该课程设计主要目的是运用C语言实现一个模拟理发店场景的并发控制模型，通过信号量（Semaphore）来协调多个顾客和一个理发师之间的资源访问。 设计的核心任务包括： 1. **技术要求**： - **线程设计**：为每个理发师和顾客创建独立线程，并设计合适的同步算法以确保顺序理发。当顾客进入理发室时，程序应实时显示其信息和理发室当前状态（顾客数量和位置）。 - **顾客行为**：需要有至少10个顾客，每个顾客在理发过程中至少等待3秒钟，共享操作函数代码。 - **资源管理**：利用数组表示连续可用的椅子，信号量用于控制理发师和椅子的数量。 2. **设计说明书**： - **描述与要求**：详细阐述设计背景、目标以及实施步骤。 - **设计思想**：基于多线程和信号量的概念，提出整体设计策略。 - **数据结构与模块**：包括数据结构如顾客和理发师的状态表示，以及模块划分，如主函数、理发师处理和顾客请求模块。 - **源程序**：提供源程序代码、编译指令、用户名、源程序名和目标程序名，以及运行结果的存储位置。 3. **调试报告**：记录调试过程，分析错误和改进措施，进行自我评估与总结。 课程设计的具体实现会涉及以下关键知识点： - **信号量（Semaphore）**：这是实现进程间同步的关键工具，它维护了一个计数值，允许多个线程访问共享资源。理发师和椅子可以被视为有限的资源，通过信号量控制它们的使用。 - **线程创建**：使用C语言库函数`pthread_create()`创建线程，每个顾客线程和理发师线程各执行特定的任务。 - **线程同步**：顾客线程在到达理发室后调用信号量的`P()`操作（wait）来等待，当理发师有空闲椅子时，信号量的`V()`操作（signal）会唤醒一个顾客，允许其进入。 - **伪代码实现**：通过伪代码的形式展示如何使用信号量来协调顾客和理发师的交互，确保按序理发。 - **多线程编程**：理解线程的生命周期、互斥锁（mutexes）、条件变量（condition variables）等辅助同步机制在复杂并发环境中的应用。 整个设计将理论知识与实际编程相结合，旨在培养学生的并发编程和问题解决能力，以及对操作系统中资源管理的理解。