Lab4进程同步：信号量机制实现生产者消费者程序

"这篇文档是关于实验室练习4的，主要涉及了进程同步的主题，特别是使用信号量机制。实验目标是实现一个简单的生产者消费者模型，并理解基于信号量的同步操作。实验内容包括内核级别的信号量支持，系统调用如sem_init、sem_post、sem_wait和sem_destroy的实现，以及相应的库函数封装。此外，还要求实现GETPID系统调用，以获取当前进程的ID。" 实验详细说明： 1. **信号量机制**：信号量是一种在多进程环境中用于同步和互斥的关键机制。内核维护了一个名为Semaphore的数据结构，并提供了P（Wait）和V（Signal）操作。P操作用于减小信号量的值，如果操作后信号量值小于0，进程会被阻塞。相反，V操作用于增加信号量的值，如果增加后信号量值从负变为非负，会唤醒一个被阻塞的进程。 2. **实验内容**： - **内核支持**：内核提供基于信号量的同步机制，包括初始化（sem_init）、信号量增加（sem_post）、信号量减少（sem_wait）和销毁（sem_destroy）四个系统调用。 - **库函数封装**：这些系统调用会被封装成易于使用的库函数，供用户程序调用。 - **用户测试**：用户需要编写程序来测试这些库函数，实现生产者消费者问题，这是并发编程中的经典问题。 3. **系统调用实现**： - **GETPID**：这是一个返回当前进程ID的系统调用，用于跟踪和调试。在`irqhandle.c`中添加处理函数，通过eax寄存器返回进程表中的PID。 - **SEM_INIT**：初始化信号量，分配未使用的信号量，并设置其初始值。如果找到可用的信号量并成功初始化，返回0，否则返回-1。 - **SEM_POST**：此调用执行V操作，增加信号量的值。如果增加后值仍小于等于0，表示有进程因信号量阻塞，应将其唤醒。检查信号量状态，无效则返回错误。 4. **数据结构**：实验中使用了两个数组`sem`和`dev`来实现进程同步，它们包含元素的状态（state），值（value）以及一个用于记录阻塞进程的双向链表（pcb）。 5. **进程状态管理**：在sem_post操作中，当value增加后小于等于0时，需要检查双向链表pcb，将第一个阻塞的进程设置为就绪状态，准备执行。 通过这个实验，学生可以深入理解信号量机制在进程同步中的作用，以及如何在操作系统内核级别实现这些机制。这对于理解和设计多线程、多进程环境下的并发控制至关重要。