Linux进程间同步互斥机制——PV原语与信号量

"这篇文档主要讨论了进程间同步与互斥的概念，并重点介绍了在LINUX系统中实现同步互斥的PV原语和信号量机制。互斥是指并发执行的进程在访问临界资源时需要避免冲突，而同步则是指进程间按照一定顺序执行以满足制约关系。PV原语是通过操作信号量来实现这两个目标的关键工具，P原语负责申请资源并可能阻塞进程，V原语则用于释放资源并唤醒等待的进程。LINUX中的信号量是一个整数值，用来记录可用资源数量，通过semget、semctl和semop等函数进行创建、控制和操作。" 在操作系统中，进程间同步和互斥是多任务环境下确保数据一致性、避免资源竞争的关键技术。互斥确保了在同一时刻只有一个进程能访问特定的临界资源，例如打印机、磁盘扇区等。当一个进程进入临界区并执行对临界资源的操作时，其他试图访问该资源的进程必须等待。这可以通过信号量实现，信号量初始值大于0表示资源未被占用，小于0则表示有进程正在使用。 同步是另一种协调进程间执行次序的方式，比如在生产者消费者问题中，生产者必须等待消费者完成消费后才能继续生产，这就需要同步机制。PV原语是由荷兰科学家Dijkstra提出的，P原语相当于减操作，当信号量减到负数时，进程会被阻塞；V原语相当于加操作，当增加信号量使得其值非负时，可能会唤醒一个被阻塞的进程。 在LINUX系统中，信号量是一种特殊的数据结构，通过semget函数创建，semctl函数用于控制信号量的属性，而semop函数则实现信号量的增减操作。这些函数结合使用，可以实现进程间的同步和互斥控制。例如，当一个进程调用semop对信号量执行P操作（减操作）时，如果信号量值变为负数，该进程会被挂起；其他进程在完成操作后通过V操作（加操作）将信号量值增加，唤醒等待的进程。 此外，信号量还包含一些附加信息，如最后操作信号量的进程ID、等待信号量增加的进程数以及等待信号量为0的进程数，这些信息有助于操作系统管理和调度进程。通过熟练掌握和应用这些原语和函数，开发者能够有效地管理并发进程，保证系统的稳定性和正确性。