Linux进程间同步互斥：使用信号量解决生产者消费者问题

本实验主要涉及Linux环境下的进程间同步互斥问题，以实现生产者消费者问题为例，其中包含一个生产者进程和两个消费者进程。生产者进程生成1到20的20个数字，这些数字存储在共享内存中供消费者进程消费。实验的核心是利用信号量机制来确保对共享资源的互斥访问和同步控制。 在多进程并发执行时，同步和互斥是两个关键概念。互斥是指当多个进程共享某些临界资源时，必须确保同一时刻只有一个进程能够访问，以防止数据冲突。同步则是指进程之间存在相互依赖关系，需要按照特定顺序或规则执行，同步机制可以协调这些关系，避免出现竞争条件。 PV原语是由荷兰计算机科学家Dijkstra提出的，用于处理进程间的同步和互斥问题。P原语（测试）尝试减少信号量的值，如果信号量大于0则继续执行，否则进程被阻塞。V原语（增加）会增加信号量的值，如果信号量小于0，意味着有被阻塞的进程，V原语会选择一个进程唤醒它。 在Linux中，信号量是一种特殊的变量，用于记录可用资源的数量。它是一个整数，当其值大于或等于0时表示可用资源数，小于0表示等待资源的进程数。信号量由操作系统管理，用户进程只能通过初始化和P、V原语来操作。每个信号量元素包括值、最后操作进程ID、等待值增加的进程数以及等待值为0的进程数。 实现信号量功能的几个关键函数包括： 1. `semget`：创建一个信号量集，指定键值`key`、信号量集中的元素数量`nSemes`和标志`flag`，如`IPC_CREAT`用于创建信号量。 2. `semctl`：控制信号量，可以修改信号量值、获取状态等，通过`cmd`参数指定具体操作。 3. `semop`：执行信号量操作，如P操作（减1）和V操作（加1），传入信号量标识符`semid`、操作数组`sops`和操作数`nsops`。 在解决生产者消费者问题时，生产者进程使用V原语释放资源（增加信号量），而消费者进程使用P原语申请资源（减小信号量）。通过这种方式，可以确保生产者在共享内存满时停止生产，消费者在无数据可消费时进入等待状态，从而实现资源的有效管理和公平访问。