操作系统实验：十字路口同步互斥问题解决方案

"这篇实验报告主要探讨了操作系统中的同步互斥问题，并以一个十字路口的交通管理为例，展示了如何在Linux环境下防止死锁和饥饿现象的发生。报告中提到了实验环境为Linux version 4.15.0-117-generic，GCC版本为5.4.0，Ubuntu版本为5.4.0-6ubuntu1~16.04.12，实验在Windows 10下的虚拟机中进行。实验内容涉及四个方向的车辆在十字路口的通行规则，模拟真实交通情况，防止出现死锁和饥饿。报告中强调了禁止使用AND型信号量机制，以确保公平性和并发度。" 在操作系统中，同步互斥是多线程环境下保证资源安全访问的关键机制。同步是指控制多个进程按预定顺序执行，互斥则是确保同一时间只有一个进程访问共享资源。在这个实验中，十字路口被看作是一个共享资源，而车辆则代表了试图访问该资源的进程。 实验中提出的问题是，如果有四辆车辆在同一时刻到达十字路口，它们可能会陷入死锁状态，因为每辆车都需要先占有两个象限才能通过。为了解决这个问题，实验采用了以下策略： 1. **方向锁（Mutex）**：设立四个互斥锁，分别对应东西南北四个方向，用于保护每个方向的第一辆车，确保同一时间只有一个方向的车辆可以通行。 2. **右行优先原则**：当多个方向的车辆同时到达时，遵循右行优先原则，即右侧的车辆优先通行。这有助于避免死锁，因为车辆会按照一定的顺序移动。 3. **避免单点调度**：为了防止某一线程（车辆）独占资源，不允许采用单点调度策略，确保所有线程都有机会获得资源。 4. **禁止AND型信号量**：使用AND型信号量可能导致某些线程长时间等待，从而引发饥饿。因此，实验中要求不能使用这种机制，车辆不能要求同时满足两个象限的空闲条件才能通行。 在编程实现上，需要设计一个高效且公平的算法，确保车辆能够有序、无死锁、无饥饿地通过十字路口。这通常涉及到信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variable）等同步原语的巧妙运用。例如，可以使用普通信号量来保护每个方向的锁，条件变量用于通知等待的车辆可以继续行驶。 设计文档应该详细解释这些机制的实现方式，包括如何设置和释放锁，如何使用条件变量实现等待与唤醒，以及如何确保不会出现死锁和饥饿的情况。此外，程序中应有充足的注释，以便理解和复现实验过程。 这个实验提供了一个实际的场景来学习和应用操作系统中的同步互斥概念，有助于加深对并发控制、死锁预防和资源分配策略的理解。