实验名称：信号量的实现和应用

实验日期：2022年5月28日

班级：软嵌201

姓名：胥千里

学号：2030110754

一.实验目的

1.加深对进程同步与互斥概念的认识；

2.掌握信号量的使用，并应用它解决生产者——消费者问题；

3.掌握信号量的实现原理

二.实验环境

cd ~/oslab tar -zxvf hit-oslab-linux-20110823.tar.gz -C /home/shiyanlou ls -al

三.实验内容

1.在 Ubuntu 下编写程序，用信号量解决生产者——消费者问题；

2.在 0.11 中实现信号量，用生产者—消费者程序检验之。

四.实验过程及数据记录

首先准备实验环境

1.在linux-0.11/kernel目录下，新建实现信号量函数的源代码文件sem.c。同时，在linux-0.11/includenux目录下新建sem.h，定义信号 量的数据结构

(1)设置sem.c

(2)设置sem.h

2.实现信号量的系统调用

（1）在unistd.h中添加系统调用编号：

（2）将system_call.s中的系统调用数修改为76：

（3）修改sys.h 要在linux-0.11/includenux/sys.h中，声明这4个新增的函数。 修改代码如下：

（4）修改linux-0.11/kernel目录下的Makefile 修改代码如下：

（5）挂载hdc，将unistd.h复制到usr/include下，将sem.h复制到usr/includenux下。

sudo ./mount-hdc

4.编写生产者-消费者检验程序

（1）在usr/root下新建pc.c

5.编译linux,运行bochs

make all

./run

./pc > sem_output

关闭linux-0.11，挂载虚拟磁盘，查看我们的文件（当然也可以在linux-0.11中直接查看，只是显示内容多时会错乱，需要反复按Ctrl+L刷 新）：

sudo ./mount-hdc

sudo less hdc/usr/rootm_output

五.实验结果分析

成功在 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—消费者程序检验成功。

六.实验心得

本次实验主要掌握信号量的实现和应用，需要完成两个任务：（1）在 Ubuntu 下编写程序，用信号量解决生产者——消费者问题；（2）在 linux-0.11 中实现信号量，用生产者—消费者程序检验之。通过本次实验的完成，我加深了对进程同步与互斥概念的认识，同时掌握了信号量的使用，并应用它解决生产者——消费者问题；掌握了信号量的实现原理。

2.(1). 在linux0.11系统的应用程序中，注释不能写//，必须要写/* */

(2). 不能在程序中间对变量定义，比如使用循环时的i要在开始定义，所有变量都必须要在一开始统一定义。

3.满足互斥要求：当lock=false，进程1判断TestAndSet返回false，执行临界区，其他进程此时申请临界区，判断TestAndSet返回true 不能执行，进程1执行完 临界区，释放锁。

七.思考题

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：

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？如果不可行，那么它有什么问题使它不可行？

1.假设Producer刚生产完一件商品，释放了Mutex，Mutex为1，此时缓存区满了，Empty为0；

2.然后OS执行调度，若又被Producer拿到CPU，它拿到Mutex，使Mutex为0，而Empty为0阻塞，Producer让出CPU，等待Consumer执行V(Empty)；

3.而Consumer拿到CPU后，Mutex还为0，要阻塞等待Producer执行V(Mutex)；

4.两者相互持有对方需要的资源，造成死锁。 关于实验的设计者在第一次编写生产者——消费者程序时的做法是否可行及一系列问题：

答：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，输出的数字顺序完全混乱。 没有了信号量，进程之间无法同步或者协作，一种情况是缓冲区满了，生产者还在写入数据，会造覆盖掉部分数据。或者缓冲区为空，消费者尝试读取数据，读到的数据是已输出的数据。同时，由于多个进程对文件缓冲区同时访问，极容易造成程序奔溃。