带信号量的生产者消费者问题

信号量的概念首先由E.W.Dijkstra在1965年提出的。semaphore（信号量）是一个大于等于零的整型变量。     对信号量有两个原子操作：-和+，DOWN（）和UP（），SLEEP（）和WAKEUP（），P（）和V（），Wait() 和Signal()。虽然它们名字都不一样，可意思都是相同的，拿down和up操作来说明。
    DOWN（t）操作
    递减信号量t的值：先检查t是否大于0，若t大于0则t减去1；若t的值为0，则进程进入睡眠状态，而此时的DOWN操作并没有结束。这是原子操作，用来保证一旦一个信号量的操作开始，则在操作完成或阻塞之前别的进程不允许访问该信号量。
    UP（t）操作
    递增信号量t的值：如果一个或多个进程在该信号量t上睡眠，则无法完成一个先前的DOWN操作，则由系统选择其中的一个并允许起完成它的DOWN操作。因此，对一个有进程在起上睡眠的信号量执行一次UP操作以后，该信号量的值仍旧是0，但在其上睡眠的进程却少了一个。递增信号量的值和唤醒一个进程的操作也是原子操作，不可分割的。这样做保证不会有进程因为执行UP操作而被阻塞。
   下面是一个使用信号量的生产者和消费者的实例。
   #define N 100                            /*number of slots in the buffer*/
    typedef int semaphore;
    semaphore mutex=1;
    semaphore empty=N;
    semaphore full=0;
    void producer(void){
         int item;
         while(TRUE){
             produce_item(&item);
             down(&empty);
             down(&mutex);
             enter_item(item);
             up(&mutex);
             up(&full);
           }
    }
    void consumer(void){
         int item;
         while(TRUE){
              down(&full);
              down(&mutex);
              remove_item(&item);
              up(&mutex);
              up(&empty);
              consume_item(item);
            }
     }
     多线程程序中最简单也是最常用的同步机制要算是mutex（互斥量）了。一个mutex也就是一个信号量，它只提供两个基本操作：DOWN和UP。一旦某个线程调用了DOWN，其它线程再调用DOWN时就会被阻塞。当这个线程调用UP后，刚才阻塞在DOWN里的线程中，会有一个且仅有一个被唤醒。换句话说，对于一个给定的mutex，只有一个线程可以在DOWN和UP调用之间获取处理器时间。这里的mutex 用来保护访问的临界区，避免数据出现竞争条件。
    在这个实例中，开始便定义了一个大小为100的缓冲区，然后定义整型的信号量并初始化。empty是指剩余缓冲区的容量，而full则与之相对，已占用缓冲区的大小。首先是生产者函数，produce_item(&item);生产一个产品，这时候并没有对缓冲区进行操作，接着对empty和 mutex分别DOWN操作，（注意：down(&empty)和down(&mutex)顺序不能颠倒。如果颠倒了这两个操作，会出现生产者进入睡眠状态却占用缓冲区导致消费者不能访问缓冲区的情况。）enter_item(item)指生产者把产品放入缓冲区，对mutex执行UP操作是撤消对缓冲区的保护。同理分析消费者函数。
  由此看来，使用信号量很大程度上避免出现了竞争条件。当然它也有弊端，以后再说明