操作系统研讨课项目：同步原语实现

"操作系统研讨课项目，要求实现同步原语，包括条件变量、信号量和屏障，涉及到操作系统、软件/插件和Linux相关知识。提供的代码文件包括内核启动、调度器、系统调用、队列操作等，需在sync.c中完成同步原语的实现。测试用例为test_barrier和test_all。" 在操作系统中，同步原语是多线程或进程通信的关键机制，用于控制对共享资源的访问，确保数据的一致性和完整性。在本任务中，你需要实现三种同步原语： 1. 条件变量（Condition Variables）：条件变量允许线程等待某个特定条件满足后再继续执行。当条件不满足时，线程可以“挂起”自身并释放锁，直到其他线程改变条件并唤醒它。在C标准库中，`pthread_cond_wait()` 和 `pthread_cond_signal()` 是与条件变量相关的函数。 2. 信号量（Semaphores）：信号量是一种计数器，用于控制同时访问特定资源的线程数量。分为互斥量（二进制信号量）和计数信号量两种。互斥量仅能为0或1，用于保护临界区，确保同一时间只有一个线程访问；计数信号量可以有任意非负值，允许多个线程并发执行。`sem_wait()` 和 `sem_post()` 是常见的信号量操作函数。 3. 屏障（Barriers）：屏障是一种同步机制，所有到达屏障的线程都会被阻塞，直到所有线程都到达屏障，然后一起继续执行。屏障常用于多线程计算中的同步点，确保所有线程在执行下一步之前完成各自的工作。 在`sync.c`文件中，你需要实现这些原语的具体逻辑。这通常涉及以下几个步骤： - 设计数据结构来表示条件变量、信号量或屏障。 - 实现相应的初始化、等待、通知等操作。 - 考虑到原子操作和死锁避免，如正确使用锁和避免“虚假唤醒”问题。 - 在其他文件（如`scheduler.c`和`queue.c`）中适当地调用这些同步原语，以保证线程调度和队列操作的正确性。 测试部分，通过`test_barrier`和`test_all`来验证你的实现是否正确。你需要编写或者修改测试用例，确保各种情况下的同步行为符合预期。测试应覆盖各种可能的并发场景，如多个线程的竞争条件、等待和通知的顺序等。 完成这个任务，你需要深入理解操作系统原理，特别是进程和线程的同步与通信，以及熟悉C语言编程和Linux环境下的开发。同时，对于提供的源代码，你需要阅读并理解各个组件的作用，以便于在其中插入和调整同步原语的实现。