使用信号量实现下面的前趋图

信号量（Semaphore）是一种用于控制进程通信和同步问题的计数器，它可以用来保护关键区域，避免共享资源的冲突。在多线程编程中，信号量可以用来控制线程的执行顺序，保证程序的正确性。在本文中，我们将使用信号量来实现一个前趋图（DAG）。

前趋图是一种有向无环图（DAG），表示任务的依赖关系。在前趋图中，每个节点表示一个任务，边表示两个任务之间的依赖关系。如果任务A依赖于任务B，那么在前趋图中，会有一个从节点B指向节点A的边。前趋图可以用来描述复杂任务之间的依赖关系，是并行编程和分布式计算领域中的重要概念。

我们将使用信号量来实现下面的前趋图：

```

A-->B-->C

\ /

-->D-->E

```

在这个前趋图中，节点A不依赖于其他节点，节点B依赖于节点A，节点C和节点D依赖于节点B，节点E依赖于节点C和节点D。我们将使用信号量来保证节点之间的依赖顺序，保证节点在满足依赖关系的情况下才能运行。

对于每个节点，我们将使用两个信号量来控制它的运行顺序：

- 一个“等待信号量”，表示当前任务是否可以运行；

- 一个“完成信号量”，表示当前任务已经完成，可以通知依赖它的任务运行。

我们将使用下面的伪代码来实现前趋图中的每个节点：

```

#include

sem_t wait_sem; // 等待信号量

sem_t done_sem; // 完成信号量

void task() {

// 等待依赖任务完成

sem_wait(&wait_sem);

// 执行任务

// ...

// 通知依赖于本任务的任务运行

sem_post(&done_sem);

}

```

在这个伪代码中，我们使用了sem_wait和sem_post函数来等待和发送信号量。sem_wait函数会阻塞当前线程，直到信号量的值为正数。当sem_wait返回时，它会将信号量的值减一。sem_post函数会将信号量的值加一，如果有等待该信号量的线程，将会唤醒它们。

每个节点的实现都是相似的，我们只需要将对应的等待信号量和完成信号量传递进去即可。我们需要注意的是，所有节点的等待信号量都需要在启动任务之前初始化为0，所有节点的完成信号量都需要在启动任务之前初始化为1。这是因为等待信号量初始值为0，当它的值为0时，调用sem_wait函数会阻塞线程；完成信号量初始值为1，当它的值为1时，调用sem_wait函数会立即返回。

下面是完整的代码实现：

```c

#include

#include

#include

// 节点个数

#define NUM_NODES 5

// 等待信号量

sem_t wait_sem[NUM_NODES];

// 完成信号量

sem_t done_sem[NUM_NODES];

// 前趋图

int DAG[NUM_NODES][NUM_NODES] = {

{0, 1, 0, 1, 0},

{0, 0, 1, 0, 0},

{0, 0, 0, 0, 1},

{0, 0, 0, 0, 1},

{0, 0, 0, 0, 0}

};

void* task(void* arg) {

int node = *(int*)arg;

// 等待依赖任务完成

for (int i = 0; i < NUM_NODES; ++i) {

if (DAG[i][node]) {

sem_wait(&done_sem[i]);

}

}

// 执行任务

printf("Task %d is running.\n", node);

// 通知依赖于本任务的任务运行

for (int i = 0; i < NUM_NODES; ++i) {

if (DAG[node][i]) {

sem_post(&done_sem[i]);

}

}

// 标记本任务已完成

sem_post(&wait_sem[node]);

return NULL;

}

int main() {

// 初始化信号量

for (int i = 0; i < NUM_NODES; ++i) {

sem_init(&wait_sem[i], 0, 0);

sem_init(&done_sem[i], 0, 1);

}

// 创建线程

pthread_t threads[NUM_NODES];

int node_args[NUM_NODES];

for (int i = 0; i < NUM_NODES; ++i) {

node_args[i] = i;

pthread_create(&threads[i], NULL, task, &node_args[i]);

}

// 等待线程结束

for (int i = 0; i < NUM_NODES; ++i) {

pthread_join(threads[i], NULL);

}

// 销毁信号量

for (int i = 0; i < NUM_NODES; ++i) {

sem_destroy(&wait_sem[i]);

sem_destroy(&done_sem[i]);

}

return 0;

}

```

在这个代码中，我们将所有信号量初始化为0（等待信号量）或1（完成信号量），这样可以保证每个任务在依赖任务完成之前都会被阻塞，然后在完成任务之后通知依赖它的后续任务。