Linux操作系统进程管理实验：理解进程互斥与lockf()应用

"本次实验是关于Linux操作系统的进程管理，主要目标是理解进程管理的概念，通过分析源码和实现进程互斥，观察进程资源争用现象。实验在蓝桥云课线上实验平台进行，涉及的知识点包括进程创建、系统调用lockf()、进程互斥以及Linux的完全公平调度（CFS）算法。实验内容包括未实现互斥时程序的运行结果分析，以及实现进程互斥的流程设计和分析。" 在Linux操作系统中，进程管理是核心功能之一，它涉及到进程的创建、调度、同步和通信等多个方面。在本实验中，通过阅读Linux内核的`sched.h`源码文件，我们可以了解到进程管理的基本结构和概念，例如进程控制块（PCB）、调度策略等。 实验中的程序使用了`fork()`系统调用来创建子进程，`fork()`返回值为0表示子进程，非零表示父进程，负值表示错误。这里创建了三个进程：父进程（p进程）、女儿进程（d进程）和儿子进程（s进程）。在没有实现进程互斥的情况下，这三个进程会并发执行，导致输出的顺序混乱，这是由于Linux的CFS调度策略所致。CFS是一种基于时间片的调度算法，它将所有可运行进程放入红黑树，每次选择虚拟运行时间最短的进程执行，以此实现公平性。 为了解决进程间的资源争用，实验引入了`lockf()`系统调用来实现进程间的互斥。`lockf()`函数允许进程锁定一段文件区域，其他试图锁定同一区域的进程将会被阻塞，直到锁被释放。在这个程序中，通过合理地使用`lockf()`，可以确保每个进程在打印字符序列时不会被打断，从而实现有序的打印。 实验步骤的第二部分涉及设计实现进程互斥的流程，通过流程图来规划如何在打印过程中避免进程间的交错执行。一旦实现互斥，打印过程将会按照预期顺序进行，即每个进程一次性连续打印出500个字符，避免了之前因进程切换导致的混乱。 这个实验不仅加深了对Linux进程管理的理解，还提供了实践进程同步和互斥的机会。通过对CFS调度策略的观察和理解，学生能够更好地掌握操作系统如何公平地分配CPU资源，以及如何通过系统调用如`lockf()`来控制并发执行，防止数据竞争问题，这对于理解和编写多线程、多进程程序至关重要。