多进程同步与互斥：生产者消费者问题与信号量实现

"该资源是关于进程和线程同步与互斥的一个实验示例，主要通过生产者消费者问题来阐述同步机制。实验中，有两个生产者进程生成不同类型的字符放入缓冲区，三个消费者进程分别消费这些字符。实验还提供了一个可选方案，使消费者有选择性地消费特定类型的产品。代码中使用了信号量（semaphore）进行同步，并包含了对共享内存（shared memory）和互斥锁（mutex）的使用。" 在这个实验中，重点涉及的知识点包括： 1. **进程与线程**： - **进程**：是操作系统分配资源的基本单位，每个进程都有自己的地址空间。 - **线程**：是执行程序的基本单元，线程共享同一进程的资源，拥有独立的执行序列。 2. **生产者消费者问题**： - 这是一个经典的多进程/线程同步问题，生产者负责生成数据，消费者负责消费数据，它们共用一个有限的缓冲区。 - 在此实验中，生产者生成大写和小写字母，消费者读取并打印字母，确保生产和消费的有序进行。 3. **信号量机制**： - **信号量**（Semaphore）是一种用于控制多个进程共享资源的同步工具，可以防止多个进程同时访问同一资源，实现互斥和同步。 - 在实验中，使用了信号量`mutex`、`full`和`empty`： - `mutex` 作为互斥锁，保证任何时候只有一个进程能访问缓冲区。 - `full` 表示缓冲区是否已满，当缓冲区满时，生产者会被阻塞。 - `empty` 表示缓冲区是否为空，当缓冲区空时，消费者会被阻塞。 4. **共享内存**： - **mmap()** 函数用于映射内存区域，实验中使用它创建了一个共享内存区域`buffer`，所有进程都可以访问这个缓冲区。 - 共享内存允许进程间直接交换数据，提高了效率。 5. **互斥锁**： - **mutex** 用于实现进程间的互斥访问，确保在任意时刻只有一个进程可以操作共享资源。 - 在实验中，通过`semget`和`semop`函数获取和操作信号量，实现互斥锁功能。 6. **系统调用**： - **semget**：创建或打开一个信号量集。 - **semop**：执行信号量集合的操作，如`down`（减一操作，相当于获取锁）和`up`（加一操作，相当于释放锁）。 - **mmap**：映射内存区域到进程的虚拟地址空间。 7. **可选实验**： - 提出了一个扩展实验，使消费者有选择地消费特定类型的产品，这需要更复杂的同步策略，可能需要额外的信号量或者条件变量来实现。 通过这个实验，可以深入理解进程间通信、同步和互斥的概念，以及如何在实际编程中应用这些概念解决并发问题。