Linux下生产者-消费者问题与进程同步实践

实验三进程同步是操作系统实验的重要组成部分，其主要目标是让学生深入理解进程竞争资源的现象，掌握解决进程互斥的方法，以及在实际环境中如Windows系统中的进程同步原理。在实验开始前，学生需要具备基本的进程工作原理、进程同步工作原理和进程间通信的知识。 具体实验内容是在Linux环境下实现生产者-消费者问题，这是一个经典的并发控制问题，用于模拟生产者线程（负责生成产品）与消费者线程（负责消费产品）之间的协调。在这个场景中，关键数据结构包括一个固定大小的缓冲区（`buff[]`）、两个信号量（`empty_sem` 和 `full_sem`）用于同步，以及一个互斥锁（`mutex`）来确保同一时刻只有一个线程能访问缓冲区。 `empty_sem` 信号量用于防止生产者在缓冲满时继续添加产品，而`full_sem` 则在缓冲空时阻止消费者取出产品。互斥锁`mutex`则用于保证在任何时候只有一个线程能够修改缓冲区的内容，防止数据混乱。 在代码示例中，`product()` 函数模拟生产者的行为，它通过递增的`product_id`标识生产者身份，并在循环中每隔一段时间（通过`sleep(1)`调整）尝试向缓冲区添加产品。如果缓冲区已满，`sem_wait(&empty_sem)`会被调用，直到信号量变为可用（非零值）。 `consumer()` 函数作为消费者线程，会尝试从缓冲区中取出产品，类似地，它会使用`sem_wait(&full_sem)`来同步。当缓冲区为空时，这个操作会阻塞，直到有产品被生产者放入。 在编译生产者-消费者程序时，需要确保正确使用`gcc`编译器（`gcc –opc.out pc.c -lpthread`），以链接`pthread`库，因为信号量和线程相关的功能需要此库的支持。 整个实验要求学生通过实践理解和应用这些概念，分析不同情况下系统的运行状态，并可能根据实验结果调整生产者和消费者的执行速度，以便观察并发行为和同步策略的效果。这不仅锻炼了他们的编程技能，也提升了他们对操作系统底层机制的理解，特别是在处理并发和共享资源时的同步控制。