使用多进程同步解决生产者-消费者问题

"多线程编程用于解决生产者-消费者问题，通过有界缓冲区（循环队列）连接生产者和消费者。生产者在缓冲区未满时生产产品放入，消费者在缓冲区未空时取出产品消费。设计要求包括显示缓冲区状态、多线程同步及信号量机制的应用。" 在多线程编程中，生产者-消费者问题是并发控制的一个经典案例。此问题描述了两个或更多线程如何共享有限资源的情况。在这种场景下，生产者线程负责生成数据（资源），而消费者线程则负责处理这些数据。在本文档中，作者提出了一个基于Linux进程机制和信号量的解决方案。 设计目标是理解Linux的进程同步机制，并使用信号量来实现生产者-消费者问题的并发控制。系统中定义了一个有界缓冲区，由一个固定大小的数组实现，类似循环队列，容量为20个存储单元，包含1到20的整型数。设计要求确保了缓冲区状态的实时更新，以及至少两个生产者和消费者的存在，并要求他们共享对缓冲区操作的代码。 为了实现这个模型，采用了信号量机制来解决同步问题。两个关键的信号量被定义：一个表示空缓冲区的数量（g_hFullSemaphore），初始化为缓冲区大小（SIZE_OF_BUFFER），即20；另一个表示缓冲区中产品数量（g_hEmptySemaphore），初始化为0。此外，一个互斥信号量（g_hMutex）用于保护缓冲区免受并发访问，初始值为1，确保任何时候只有一个线程能访问缓冲区。 在运行过程中，生产者在检测到g_hEmptySemaphore不为0（即有空闲缓冲区）时，可以生产一个产品并将其放入缓冲区，同时减少g_hEmptySemaphore的值。相反，消费者在g_hFullSemaphore不为0（即有产品可用）时，可以从缓冲区取出一个产品并消费，同时增加g_hFullSemaphore的值。互斥信号量g_hMutex确保了在任何时候只有一个线程可以修改缓冲区状态，防止数据竞争。 这是一个典型的多线程同步问题的实例，通过信号量机制实现了生产者和消费者线程之间的协调，保证了资源的有效利用和系统的稳定运行。通过这样的设计，可以避免生产者过度生产导致缓冲区溢出，或者消费者在无产品可消费时的等待，从而实现高效、有序的并发执行。