信号量的实现和应用.doc

信号量的实现和应用 难度系数：☆ 实验目的 加深对进程同步与互斥概念的认识； 掌握信号量的使用，并应用它解决生产者——消费者问题； 掌握信号量的实现原理。 实验内容 本次实验的基本内容是： 在Ubuntu下编写程序，用信号量解决生产者——消费者问题； 在0.11中实现信号量，用生产者—消费者程序检验之。 用信号量解决生产者—消费者问题 在Ubuntu上编写应用程序“pc.c”，解决经典的生产者—消费者问题，完成下面的功能： 建立一个生产者进程，N个消费者进程（N1）； 用文件建立一个共享缓冲区； 生产者进程依次向缓冲区写入整数0,1,2,...,M，M=500； 消费者进程从缓冲区读数，每次读一个，并将读出的数字从缓冲区删除，然后将本进程ID和数字输出到标准输出； 缓冲区同时最多只能保存10个数。 一种可能的输出效果是： 10: 010: 110: 210: 310: 411: 511: 612: 710: 812: 912: 1012: 1112: 12……11: 49811: 499 其中ID的顺序会有较大变化，但冒号后的数字一定是从0开始递增加一的。 pc.c中将会用到sem_open()、sem_close()、sem_wait()和sem_post()等信号量相关的系统调用，请查阅相关文档。 《UNIX环境高级编程》是一本关于Unix/Linux系统级编程的相当经典的教程。校园网用户可以在/study/Computer_Science/Linux_Unix/?下载，后续实验也用得到。如果你对POSIX编程感兴趣，建议买一本常备手边。 实现信号量 Linux在0.11版还没有实现信号量，Linus把这件富有挑战的工作留给了你。如果能实现一套山寨版的完全符合POSIX规范的信号量，无疑是很有成就感的。但时间暂时不允许我们这么做，所以先弄一套缩水版的类POSIX信号量，它的函数原型和标准并不完全相同，而且只包含如下系统调用： /man/7/sem_overviewusg=AFQjCNGsL7S0Ey7Ri6QFze-4ss4oBWTQxg符合POSIX规范的信号量，无疑是很有成就感的。但时间暂时不允许我们这么做，所以先弄一套缩水版的类POSIX信号量，它的函数原型和标准并不完全相同，而且只包含如下系统调用： sem_t *sem_open(const char *name, unsigned int value);int sem_wait(sem_t *sem);int sem_post(sem_t *sem);int sem_unlink(const char *name); sem_t是信号量类型，根据实现的需要自定义。 sem_open()的功能是创建一个信号量，或打开一个已经存在的信号量。 name是信号量的名字。不同的进程可以通过提供同样的name而共享同一个信号量。如果该信号量不存在，就创建新的名为name的信号量；如果存在，就打开已经存在的名为name的信号量。 value是信号量的初值，仅当新建信号量时，此参数才有效，其余情况下它被忽略。 当成功时，返回值是该信号量的唯一标识（比如，在内核的地址、ID等），由另两个系统调用使用。如失败，返回值是NULL。 sem_wait()就是信号量的P原子操作。如果继续运行的条件不满足，则令调用进程等待在信号量sem上。返回0表示成功，返回-1表示失败。 sem_post()就是信号量的V原子操作。如果有等待sem的进程，它会唤醒其中的一个。返回0表示成功，返回-1表示失败。 sem_unlink()的功能是删除名为name的信号量。返回0表示成功，返回-1表示失败。 在kernel目录下新建“sem.c”文件实现如上功能。然后将pc.c从Ubuntu移植到0.11下，测试自己实现的信号量。 实验报告 完成实验后，在实验报告中回答如下问题： 在pc.c中去掉所有与信号量有关的代码，再运行程序，执行效果有变化吗？为什么会这样？ 实验的设计者在第一次编写生产者——消费者程序的时候，是这么做的： Producer(){ P(Mutex); //互斥信号量 生产一个产品item; P(Empty); //空闲缓存资源 将item放到空闲缓存中; V(Full); //产品资源 V(Mutex);}Consumer(){ P(Mutex);  P(Full);  从缓存区取出一个赋值给item; V(Empty); 消费产品item; V(Mutex);} 这样可行吗？如果可行，那么它和标准解法在执行效果上会有什么不同？如果不