构建Linux内核同步：信号量操作与设计

实验六 - 王添枝1的Linux内核实验报告详细探讨了构建新的内核同步机制，特别是关于信号量的实现。该实验旨在模拟内核中的信号量功能，以便更好地管理共享资源，确保并发访问的互斥性。 首先，实验的核心概念是信号量（Semaphore），它是操作系统中一种基本的同步原语，用于控制对共享资源的访问。在Linux内核中，信号量通过`sys_sema_open`系统调用来声明，它初始化信号量结构，包括信号灯数量和等待队列。声明后的信号量会被添加到系统等待队列中，用于跟踪对资源的需求和供给。 在特定信号量的等待过程中，如果信号灯数量大于0，表示资源可用，进程可以调用`sys_sema_wait`进入等待状态，而不会立即阻塞。相反，它会进入可中断的任务上下文，准备等待（`prepare_to_wait_exclusive`）。如果资源被释放，`sys_sema_signal`会唤醒一个等待进程，而`schedule`函数则负责重新调度其他进程。 当进程从等待状态恢复时，`finish_wait`方法会将其从队列中移除并设置为运行状态，等待后续调度。这个过程体现了信号量的核心原理，即在资源紧张时阻止进程，而在资源充足时允许进程继续执行。 删除信号量时，需要遍历等待队列，确保与给定编号对应的所有进程都被移除，并从信号量链表中删除该信号量结构，以维护系统的正确性。 实验涉及的数据结构定义了一个`sema`结构体，包含了信号量的关键值（key）、信号灯数量、指向等待队列的指针以及下一个信号量的链接。自定义函数`sema*check_sema_key`用于检查是否存在指定编号的信号量，并可能进行相应的操作。 这份实验报告展示了如何在Linux内核中设计和实现信号量机制，这对于理解和处理多线程环境中资源的互斥访问至关重要。通过实际操作，学生深入理解了内核同步机制的工作原理，提高了对并发编程和内核级编程的实践能力。