Linux内核模块与多线程同步：解决十字路口死锁问题

"项目1涉及同步互斥和Linux内核模块的编程，旨在让学生通过实践了解操作系统中的线程创建、同步以及Linux内核模块的编写。实验内容是模拟解决十字路口车辆交通的死锁和饥饿问题，利用多线程和互斥锁、条件变量来实现车辆的有序通行。" 在这个实验中，学生需要掌握以下关键知识点： 1. **Linux系统调用和pthread线程库**：在Linux环境中，系统调用是用户空间与内核空间交互的主要方式，而pthread线程库提供了一组API用于创建和管理线程。学生需要熟悉如`pthread_create()`、`pthread_join()`、`pthread_mutex_init()`等函数的用法。 2. **原子操作和同步互斥**：当多个线程访问共享资源时，原子操作确保数据的完整性，而互斥则避免了竞态条件。学生需理解`pthread_mutex_lock()`和`pthread_mutex_unlock()`函数的作用，它们用于保护共享资源，确保同一时间只有一个线程能访问。 3. **进程和线程的概念**：理解操作系统中的进程和线程，包括它们的区别和交互方式，是解决问题的基础。进程是资源分配的基本单位，线程是执行的基本单位。 4. **死锁和饥饿**：实验的目标之一是避免死锁，即多个线程相互等待对方释放资源导致的僵局。同样，也要防止饥饿，即某些线程永远无法获取资源的情况。学生需要设计合适的同步策略来解决这两个问题。 5. **条件变量**：在解决交通问题时，条件变量可以用来实现线程间的协作通信。例如，当某个象限空闲时，可以通过广播信号让等待的车辆继续前进。 6. **Linux内核模块编程**：虽然实验主要关注用户空间的线程同步，但提到的Linux内核模块编程也是重要的技能。学生应学习如何编写内核模块，了解`module_init()`和`module_exit()`等函数，以及如何使用`insmod`和`rmmod`命令加载和卸载模块。 7. **交通规则模型**：实验中的交通规则模型提供了问题的背景，要求学生将这些规则转化为编程逻辑。比如，来自同一方向的车辆按右侧优先原则排序，多个方向的车辆需要遵循特定的通行顺序。 8. **线程设计**：每种行驶方向的车辆对应一个线程类型，这意味着需要为东、西、南、北四个方向分别创建线程，并实现相应的逻辑。 9. **代码注释**：实验要求代码中每三行就要有注释，这有助于提高代码可读性和团队合作时的沟通效率。 通过完成这个实验，学生不仅可以加深对操作系统理论的理解，还能提升实际编程能力，特别是在多线程环境下的同步与互斥控制。