о синхронизации с использованием нескольких семафоров

Это не то, как используются семафоры. Управляющие переменные/структуры буфера должны подсчитывать, сколько сообщений содержится в буфере и каких типов. Мьютекс защищает буфер и его управляющие переменные/структуры от одновременного доступа со стороны разных потоков. Семафор, если он используется, просто сигнализирует потребителю о состоянии буфера и не имеет никакого отношения к размерам пакетов; он, конечно, не увеличивается на размер пакета!

Вам было бы лучше использовать переменные условия pthread вместо семафоров. Они используются в сочетании с мьютексом pthread, чтобы гарантировать передачу сигналов между потоками без состязаний. Цикл производителя делает это:

• блокирует мьютекс,
• изменяет буфер и т. д., чтобы добавить новые пакеты,
• сигнализирует условную переменную, и
• разблокирует мьютекс.

Потребительский цикл делает это:

• блокирует мьютекс,
• обрабатывает все буферизованные данные,
• ожидает переменную условия.

Прочитайте pthread_cond_init, pthread_cond_signal и pthread_cond_wait.

Поскольку это задание, вам, вероятно, не нужно читать и записывать данные реальных пакетов, а просто имитировать их обработку.

В этом случае проблема сводится к тому, как эффективно блокировать потоки-производители, когда они достигают предела пакетов, которые они могут записать в буфер. На данный момент вы используете семафор для подсчета отдельных элементов пакета, записанных в буфер, насколько я понимаю.

Представьте, что ваши записи в буфер являются атомарными, и вы просто хотите считать пакеты, а не элементы пакета. Каждый раз, когда производитель записывает пакет, он должен сигнализировать об этом потребителю с помощью соответствующего семафора, и каждый раз, когда потребитель читает пакет, он должен сигнализировать об этом соответствующему производителю.

Выделю еще несколько моментов:

• Важным свойством семафора является то, что он блокируется, когда достигает нуля. Например, если его начальное значение равно 10, после 10 последовательных sem_get блокируется 11-й.
• У вас есть 4 типа пакетов, каждый с разным порогом количества, которое может быть записано в буфер.

Как я уже сказал, производитель должен сообщить, что он написал пакет, но он также должен быть остановлен, как только он достигнет порога. Чтобы добиться этого, вы заставляете его получать семафор каждый раз, когда он отправляет новый пакет, с sem_get. И у вас есть потребитель, выполняющий sem_post каждый раз, когда он читает пакет, обратное тому, что вы делали с вашей версией с одним семафором. Однако, поскольку вы хотите, чтобы производитель остановился на пороге, вы инициализируете семафор емкостью N - 1, где N является порогом. Обратите внимание, что вы должны сигнализировать о доступности нового пакета после того, как вы записали его в буфер, иначе потребитель может заблокировать буфер.

producer<type> function

  write_packet()  // put the packet in the buffer
  sem_wait(type)    // signal a new packet is available 
  // (if there's not enough space for another packet, the producer will block here) 

end producer<type> function

consumer function

  while TRUE // Loops forever

      switch packet_available() // look if there's a new packet available
       case video:
         read_packet<video>()
         sem_post(video)
       (...)
       default: // no packet available, just wait a little
          sleep()
      end if
  end while

Вам все еще нужно определить функции packet_read, packet_write и packet_available, возможно, используя мьютекс для ограничения доступа к буферу.