操作系统实验：进程通信——共享存储区与信号量解析

"操作系统实验---进程通信——共享存储区和信号量" 实验报告涉及的知识点主要集中在操作系统中的进程通信机制，特别是共享存储区和信号量。这两种机制是多进程环境中解决资源访问冲突和同步问题的关键工具。 **共享存储区机制**： 共享存储区是一种高效的进程通信方式，它允许多个进程共享同一块内存区域。在UNIX系统中，这种通信机制通过将主存中的特定区域映射到多个进程的虚拟地址空间来实现。进程可以通过直接读写共享存储区中的数据来交换信息。然而，由于多个进程可能同时访问该区域，因此必须谨慎处理并发控制，以防止数据不一致性和竞态条件。通常，用户需要自定义互斥和同步机制，如互斥锁或信号量，来确保正确通信。 **涉及的系统调用**： - `shmget()`：这个系统调用用于创建或获取一个共享存储区。`key`参数标识共享存储区的名称，`size`指定其大小，而`flag`参数可以包含如`IPC_CREAT`这样的标志，指示如果不存在指定的共享存储区，则应创建一个新的。 **信号量机制**： 信号量是一种更为通用的同步原语，用于解决进程间的并发控制问题。它可以视为一种特殊的变量，由操作系统管理，用来协调多个进程对共享资源的访问。信号量有整型信号量（互斥信号量）和记录型信号量（信号量集）两种形式。 - **整型信号量**：主要用于实现互斥访问，值为1时代表资源可用，0则表示资源被占用。当进程试图访问资源而信号量为0时，进程会被阻塞直到信号量非零。 - **记录型信号量**：除了计数值外，还包含等待队列，可以实现更复杂的同步策略，如读者-写者问题。 **实验目的与要求**： 1. 学习理解共享存储区如何工作，包括创建、附加和访问共享存储区的过程。 2. 熟悉信号量的概念及其在进程同步和互斥中的应用。 3. 掌握信号量操作，如P（wait）和V（signal）操作，以及它们如何控制对共享资源的访问。 4. 了解如何在实际操作中设置和使用共享主存段，并理解系统调用如`shmget()`等的作用。 **实验环境**： 实验将在装有Linux操作系统的PC机上进行，这需要学生熟悉Linux命令行环境和相关系统调用的使用。 通过这个实验，学生将深化对操作系统中进程通信的理解，尤其是共享存储区和信号量机制的实践运用，从而提高解决并发问题的能力。