操作系统实验五

操作系统实验报告

实验五: Linux 信号量与P、V操作函数的定义

1.实验目的

（1）掌握Linux信号量的使用方法和P、V操作函数的定义；

（2）掌握使用P、V操作实现进程之间的同步和互斥的方法；

（3）加深对进程同步互斥概念的理解。

2.实验内容

（1）使用信号量及P、V操作实现进程互斥。阅读附件材料中例4-9，将程序编译连接后运行，观察运行结果。

（2）使用信号量及P、V操作实现子进程之间通过共享内存通信的读写同步，如实验图5-1所示。要求如下：

实验图 5-1

①请参考附件材料中的例4-11，设计一个父进程，创建三个子进程。3个子进程中一

个是生产者进程，两个是消费者进程。父子进程都使用父进程创建的共享存储区进

行通信。

②由生产者进程发送数值1~10到由5个缓冲区组成的共享内存中，两个消费者进程

轮流接受并输入这10个数据，同时将两个消费者进程对读出的所有数据进行累加

求和。

③3个子进程结束后，由父进程输出两个消费者进程所读出数据的累加和。

它们的同步关系使用P、V操作系统。

提示：在例4-11使用2个共享内存的基础上再使用一个共享内存来存放读出信息的累加和，由两个消费者进程和父进程共享使用。

3.实验思考

(1)针对每个信号量需要进行哪些定义？

答：①定义信息量的标识符②定义信息量的数据结构③定义信息量的P操作④定义信息量的v操作

(2)总结使用信号量系统调用的步骤与方法。

答：1.定义信号量标识符2.定义信号量数据结构3.申请只有一个信号量的信号量集4.

分别对每个信号量赋初值5.定义信号量P操作6.定义信号量v操作7.对信号量执行p 操作8.对信号量执行v操作9.撤销信号量

(3)进程之间如何使用信号量及其P、V操作实现互斥？

答：父子进程共享一个临界资源，使用信号量来控制每个进程使用临界资源的先后顺序，等第一个进程遇到撤销信号量时，第二个进程才开始执行，这样就达到互斥。

(4)进程之间如何使用信号量及其P、V操作实现同步？

答：信号量有父进程定义、申请、初始化，然后父子进程共享使用，子进程结束后有父进程进行撤销，父进程执行条件为单缓冲区为空，设信号量为emptyid，初值为1；子进程执行条件为单缓冲区不为空，设信号量为fullid，初值为0.

(5)总结数值型共享内存作为变量或作为数组的使用方法。

答：先创建共享存储区，然后附接共享存储区到进程空间，给共享存储区赋初值，创建信号量empty、full、mutex且初始化，然后创建子进程，先写数据到共享存储区，并让缓冲区计数+1，然后父进程根据信号量和P、V操作进行返回且回收子进程，然后断开并撤销共享内存和信号量集。

4.实验代码

5-1：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#ifndef _SEMUN_H

#define _SEMUN_H

union semun

{

int val;

struct semid_ds*buf;

unsigned short int*array;

struct seminfo*_buf;

};

#endif

/*以下为函数申明*/

static int set_mutex(void); /*信号量mutex赋初值函数*/

static void del_mutex(void); /*删除信号量mutex函数*/

static int p_mutex(void); /* P（mutex）操作函数*/

static int v_mutex(void); /* V（mutex）操作函数*/

static int sem_id; /*信号量标识*/

int main()

{

int chld,i,j;

sem_id=semget((key_t)1234,1,0666|IPC_CREAT); /*创建互斥信号量*/

set_mutex(); /*设置初值*/

while((chld=fork())==-1); /*创建子进程*/

if(chld>0) /*父进程返回*/

{

i=1;

while(i<=3) /*循环3次*/

{

sleep(1);

p_mutex(); /*进入临界区前执行P（mutex）*/

printf("prnt in\n");

sleep(1);

printf("prnt out\n");

v_mutex(); /*出临界区执行V（mutex）*/

i++;

}

wait(0); /*等待子进程终止*/

del_mutex(); /*删除信号量*/

exit(0);

}

else /*子进程返回*/

{

j=1;

while(j<=3) /*循环3次*/

{

sleep(1);

p_mutex(); /*进入临界区前执行（mutex）*/

printf("chld in\n");

sleep(1);

printf("chld out\n");

v_mutex(); /*出临界区执行V（mutex）*/