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操作系统实验报告 实验五: Linux 信号量与 P、V操作函数的定义 实验目的 掌握Linux信号量的使用方法和P、V操作函数的定义； 掌握使用P、V操作实现进程之间的同步和互斥的方法； 加深对进程同步互斥概念的理解。 实验内容 使用信号量及P、V操作实现进程互斥。阅读附件材料中例4-9，将程序编译连接后运行，观察运行结果。 使用信号量及P、V操作实现子进程之间通过共享内存通信的读写同步，如实验图5-1所示。要求如下： 生产者进程消费者进程A消费者进程B父进程sum 生产者进程 消费者进程A 消费者进程B 父进程 sum 实验图 5-1 请参考附件材料中的例4-11，设计一个父进程，创建三个子进程。3个子进程中一个是生产者进程，两个是消费者进程。父子进程都使用父进程创建的共享存储区进行通信。 由生产者进程发送数值1~10到由5个缓冲区组成的共享内存中，两个消费者进程轮流接受并输入这10个数据，同时将两个消费者进程对读出的所有数据进行累加求和。 3个子进程结束后，由父进程输出两个消费者进程所读出数据的累加和。 它们的同步关系使用P、V操作系统。 提示：在例4-11使用2个共享内存的基 操作系统实验报告实验五主要关注的是Linux环境下的进程同步与互斥机制，重点在于理解并应用信号量（Semaphore）以及P、V操作。实验目的是通过实际操作加深对进程同步互斥概念的理解，掌握信号量的使用方法和P、V操作函数的定义。 1. **信号量与P、V操作**： - 信号量是一种同步工具，用于解决多个进程对共享资源的访问冲突。 - P操作（即"Procedure"，有时也称为Wait或Decrement）用于尝试获取资源，如果资源可用则减1并继续执行，否则进程被阻塞。 - V操作（即"Signal"，有时也称为Signal或Increment）用于释放资源，增加信号量值，并可能唤醒被阻塞的进程。 2. **实验内容**： - 实验第一部分是实现进程互斥，通过阅读例4-9的代码并运行，观察进程如何通过信号量实现对共享资源的独占访问。 - 第二部分涉及进程间通信，要求创建一个父进程和三个子进程，其中一个是生产者进程，两个是消费者进程。生产者向共享内存的5个缓冲区发送数值1到10，消费者进程轮流读取并累加这些数值。所有进程间的同步和互斥关系都通过P、V操作来实现。 3. **信号量的定义与使用步骤**： - 定义信号量标识符，如在C语言中使用`semget`函数创建。 - 定义信号量数据结构，如定义一个`union semun`类型的变量。 - 申请信号量集，如设置初始值为1表示资源可用。 - 定义P操作（减操作）和V操作（加操作），通常包含在自定义的函数中。 - 在适当的位置调用P操作进入临界区，V操作离开临界区，确保资源的正确访问。 4. **进程间同步与互斥的实现**： - 互斥是通过信号量保证只有一个进程可以访问临界资源。例如，生产者进程和消费者进程通过信号量mutex来控制对缓冲区的访问，当mutex的值为1时，进程可以进入临界区，否则等待。 - 同步是通过P、V操作协调多个进程的执行顺序。例如，生产者进程在写满缓冲区后调用V操作，消费者进程在缓冲区非空时调用P操作。 5. **共享内存的使用**： - 共享内存是另一种进程间通信方式，允许进程直接访问同一块内存区域。在本实验中，父进程创建共享内存，并分配给子进程。生产者进程写入数据，消费者进程读取并累加，最后父进程读取累加结果。 6. **实验代码框架**： - 实验代码可能包括创建信号量、初始化信号量、定义P、V操作函数，以及在主函数中创建子进程并管理它们的执行。例如，`set_mutex()`设置互斥锁的初值，`p_mutex()`和`v_mutex()`分别实现P、V操作，`semget()`用于创建信号量，`fork()`用于创建子进程。 通过这个实验，学生将深入理解信号量和P、V操作在解决并发控制问题中的作用，同时熟悉Linux环境下进程通信和同步的实践技巧。