C语言实现进程同步操作系统实验

"这是一个关于操作系统进程同步的C语言实验，主要涉及Windows系统下的信号量机制。实验中包含生产者（Producer）和消费者（Consumer）两个角色，使用了Semaphore类型的信号量g_semBuffer、g_semProduct以及互斥锁g_mutex来协调多个并发进程的访问。生产者将数据放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据。缓冲区大小为BUFFER_NUM，由结构体Buffer表示，包含了存储数据的数组及起始和结束位置。实验中，生产者和消费者数量分别为PRODUCER_NUM和CONSUMER_NUM，且生产者和消费者之间存在随机的延迟以模拟真实情况。" 在操作系统中，进程同步是确保多个进程正确协作的关键机制。在这个C语言实验中，主要使用了Windows API中的信号量机制来实现进程间的同步。信号量是一种用于控制对共享资源访问的同步原语，它可以用来限制同时访问特定资源的进程数量。 1. **Semaphore (信号量)**: 在这个实验中，定义了三个信号量： - `g_semBuffer`：用于限制可以访问缓冲区的消费者数量，即同步对缓冲区的读写操作。 - `g_semProduct`：控制生产者何时可以生产新的产品，防止缓冲区满时生产者继续生产。 - `g_mutex`：互斥锁，用于确保同一时间只有一个进程能访问缓冲区的结构，避免数据竞争。 2. **P操作（等待）与V操作（信号）**: 这是信号量的核心操作，模拟了原语的wait和signal。在Windows API中，使用`WaitForSingleObject()`模拟P操作，使进程等待信号量；而`ReleaseSemaphore()`模拟V操作，增加信号量的值并可能唤醒等待的进程。 3. **生产者(Producer)** 进程：生产者负责填充缓冲区。在生产数据之前，它首先调用`P(g_semProduct)`等待产品空间，然后在互斥锁保护下更新缓冲区状态，最后释放`g_semBuffer`，允许一个消费者进行消费。 4. **消费者(Consumer)** 进程：消费者从缓冲区取出数据。消费者在消费前先调用`P(g_semBuffer)`等待缓冲区中有产品，然后在互斥锁保护下访问和修改缓冲区，最后释放`g_semProduct`，允许生产者生产新的产品。 5. **随机延迟**：通过`Sleep(rate*rand()%10+110)`引入随机延迟，使得实验更接近实际多线程环境，避免了所有进程按固定顺序执行的情况，增加了实验的复杂性和真实性。 这个实验为学习操作系统进程同步提供了实践平台，让学生能够理解并掌握信号量机制以及互斥锁在解决生产者-消费者问题中的应用。通过实际编写和运行代码，可以更好地理解并发控制和同步的概念，提高解决并发问题的能力。