Lab4 进程同步：信号量机制实现生产者消费者模型

"这篇文档是关于实验室练习Lab4的，主要关注的是进程同步，特别是使用信号量机制。实验目标是实现一个生产者消费者程序，并理解基于信号量的进程同步。实验内容包括内核级别的系统调用如sem_init、sem_post、sem_wait和sem_destroy，以及对这些调用的库函数封装。" 信号量机制是一种经典的进程同步方法，由内核维护Semaphore数据结构并提供P（Wait）和V（Signal）操作。P操作，即减操作，当进程尝试执行一个P操作时，会尝试减少信号量的值。如果减少后信号量的值小于0，表示资源不足，进程会被阻塞并添加到信号量的等待队列中。V操作，即增加操作，当一个进程执行V操作时，会增加信号量的值，如果增加后信号量的值仍然小于或等于0，说明有进程在等待，V操作会唤醒等待队列中的一个进程，使其变为就绪状态。 实验过程涉及以下几个关键系统调用： 1. **GETPID系统调用**：这个系统调用返回当前进程的标识，帮助识别运行中的进程。在实现时，需要在irqhandle.c中添加处理函数，通过eax寄存器返回进程ID。 2. **SEM_INIT系统调用**：用于初始化信号量，传入初始值和信号量指针。在内存中的sem数组中找到未使用的信号量，设置其值和状态，并准备好进程链表。 3. **SEM_POST系统调用**：对应V操作，增加信号量的值。如果增加后值仍小于或等于0，说明有等待的进程，需要唤醒一个。检查信号量状态，若无效则返回错误。 4. **SEM_WAIT系统调用**：对应P操作，尝试减少信号量的值。如果减少后值小于0，进程会被阻塞并加入到信号量的等待队列。 实验要求用户通过提供的库函数来测试这些系统调用，实现生产者消费者模型。在生产者消费者问题中，生产者进程生成数据，消费者进程消费数据，两者必须同步，以防止生产过快导致缓冲区溢出，或者消费过快导致空缓冲区。 通过这个实验，学生能够深入理解信号量机制如何解决进程间的同步和互斥问题，同时掌握系统调用的实现和使用，这对于理解和设计多进程环境中的并发控制至关重要。