Linux环境下并发程序设计：信号量与同步控制

"操作系统试验——基于Linux的并发程序设计与信号量机制" 操作系统试验是计算机科学教育中至关重要的一环，它帮助学生理解和掌握操作系统的基本概念，特别是并发程序设计和同步机制。在这个实验中，我们将探讨如何在Linux环境下使用信号量实现进程间的通信，确保并发操作的正确性。 首先，实验一的简单并发程序控制展示了如何使用PV操作（P操作和V操作，即wait和signal操作）来控制并发进程的执行。在示例代码`Count.cm`中，定义了一个全局变量`count`和一个信号量`s`。`PA()`和`PB()`两个进程分别进行加1和减1的操作，通过调用`p(s)`和`v(s)`确保对`count`的修改是互斥的。实验结果显示，通过PV操作，可以保证并发执行的正确性，避免了数据竞争的问题。 接着，实验展示了栈操作`Stack.cm`，在这个例子中，`pop()`和`push()`操作同样需要互斥访问栈。如果没有并发控制，多个进程同时进行`pop()`或`push()`可能导致栈状态的不确定性。通过引入PV操作，我们可以确保只有一个进程能够执行这些操作，从而避免了错误的并发行为。实验结果对比显示，添加PV控制后，程序执行结果变得可预测且正确。 在第三个问题中，涉及到了三个进程R、W1和W2共享一个缓冲区B的同步关系。这个场景模拟了输入、处理和输出的典型流程。进程R负责从输入设备读取整数并存入缓冲区，W1和W2根据缓冲区中的数字奇偶性决定是否打印。为了保证这种同步关系，我们需要使用信号量机制。例如，可以设置两个信号量，一个用于表示缓冲区的状态（是否有数据），另一个用于表示打印权限（奇数或偶数）。这样，R进程在存入新数后必须等待打印完成，W1和W2则根据信号量判断何时可以进行打印操作。 通过这样的实验，学生可以深入理解操作系统中的并发控制和同步原语，如PV操作，以及它们在解决经典同步问题（如哲学家就餐问题、生产者消费者问题等）中的应用。同时，实验也强调了在多进程环境中正确管理共享资源的重要性，这对于构建高效、稳定的操作系统和分布式系统至关重要。