進(jìn)程互斥與同步-互斥.ppt

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1、4.4進(jìn)程之間的約束關(guān)系程序并發(fā)執(zhí)行的相互制約間接的相互制約關(guān)系——資源共享（競爭資源系統(tǒng)）直接的相互制約關(guān)系——公共變量（進(jìn)程協(xié)作）341.進(jìn)程互斥的概念臨界資源例1：x代表某航班機(jī)座號，p1和p2兩個售票進(jìn)程，售票工作是對變量x加1。這兩個進(jìn)程在一個處理機(jī)C上并發(fā)執(zhí)行，分別具有內(nèi)部寄存器r1和r2。35例2：兩個進(jìn)程共享一個變量x兩個進(jìn)程共享一個變量x時，兩種可能的執(zhí)行次序：A：p1：r1:=x；r1:=r1+1；x:=r1；p2：r2:=x；r2:=r2+1；x:=r2；設(shè)x的初值為10，兩種情況下的執(zhí)行結(jié)果：情況A：x=10+2情況B：x=10+1B：

2、p1：r1:=x；r1:=r1+1；x:=r1；p2：r2:=x；r2:=r2+1；x:=r2；36一次僅允許一個進(jìn)程使用的資源稱為臨界資源。硬件：如輸入機(jī)、打印機(jī)、磁帶機(jī)等軟件：如公用變量、數(shù)據(jù)、表格、隊列等每個進(jìn)程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。?x:=x+1;?csa{進(jìn)程A進(jìn)程B?x:=x+1;?csb{37互斥在操作系統(tǒng)中，當(dāng)某一進(jìn)程正在訪問某一存儲區(qū)域時，就不允許其他進(jìn)程來讀出或者修改存儲區(qū)的內(nèi)容，否則，就會發(fā)生后果無法估計的錯誤。進(jìn)程間的這種相互制約關(guān)系稱為互斥。?x:=x+1;?csa{進(jìn)程A進(jìn)程B?x:=x+1;?csb{間接制約由于共享

3、某一公有資源而引起的在臨界區(qū)內(nèi)不允許并發(fā)進(jìn)程交叉執(zhí)行的現(xiàn)象，稱為由共享公有資源而造成的對并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行速度的間接制約。受間接制約的類中各程序段在執(zhí)行順序上是任意的。間接制約的幾個進(jìn)程是互斥關(guān)系使用臨界區(qū)應(yīng)遵守的原則各進(jìn)程享有獨(dú)立，平等的競爭共享資源的權(quán)利。某個進(jìn)程不在臨界區(qū)，不阻止其他進(jìn)程進(jìn)入排它性，只能有一個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)有限等待，某個進(jìn)程申請使用臨界區(qū)后，必須在有限的時間內(nèi)離開。382.進(jìn)程同步的概念什么是進(jìn)程同步并發(fā)進(jìn)程在一些關(guān)鍵點(diǎn)上可能需要互相等待與互通消息，這種相互制約的等待與互通消息稱為進(jìn)程同步。進(jìn)程同步的例病員就診看病活動：?要病人去化驗(yàn)；?等化驗(yàn)

4、結(jié)果；?繼續(xù)診??；化驗(yàn)活動：?需要進(jìn)行化驗(yàn)??進(jìn)行化驗(yàn)；開出化驗(yàn)結(jié)果；?39共享緩沖區(qū)的計算進(jìn)程與打印進(jìn)程的同步計算進(jìn)程cp和打印進(jìn)程iop公用一個單緩沖緩沖區(qū)bufiopcpABCDABCD10直接制約一組在異步環(huán)境下的并發(fā)進(jìn)程，各自的執(zhí)行結(jié)果互為對方的執(zhí)行條件，從而限制各進(jìn)程的執(zhí)行速度的過程稱為并發(fā)進(jìn)程間的直接制約。直接制約的進(jìn)程之間是同步關(guān)系4.5同步機(jī)構(gòu)操作系統(tǒng)提供的同步機(jī)構(gòu)如下兩種：鎖和上鎖、開鎖操作信號燈和PV操作401.鎖和上鎖、開鎖操作什么是鎖用變量w代表某種資源的狀態(tài)，w稱為“鎖”。上鎖操作和開鎖操作檢測w的值(是0還是1)；如果w的值為1，

5、繼續(xù)檢測；如果w的值為0，將鎖位置1(表示占用資源)，進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行。(此為上鎖操作)臨界資源使用完畢，將鎖位置0。(此為開鎖操作)42上鎖原語算法lock輸入：鎖變量w輸出：無{test：if(w為1)∕*測試鎖位的值*∕gototest；elsew=1；∕*上鎖*∕}不斷的測試鎖的狀態(tài)，耗費(fèi)CPU時間開鎖原語算法unlock輸入：鎖變量w輸出：無{w=0；∕*開鎖*∕}432.信號燈和P、V操作什么是信號燈信號燈是一個確定的二元組(s，q)，s是一個具有非負(fù)初值的整型變量，q是一個初始狀態(tài)為空的隊列。操作系統(tǒng)利用信號燈的狀態(tài)對并發(fā)進(jìn)程和共享資源進(jìn)行

6、控制和管理。信號燈信號燈是整型變量。變量值≥0時，表示綠燈，進(jìn)程執(zhí)行；變量值?0時，表示紅燈，進(jìn)程停止執(zhí)行。注意：創(chuàng)建信號燈時，應(yīng)準(zhǔn)確說明信號燈s的意義和初值(這個初值絕不能為負(fù)值)。44P操作P操作的定義對信號燈s的p操作記為p(s)。p(s)是一個不可分割的原語操作，即取信號燈值減1，若相減結(jié)果為負(fù)，則調(diào)用p(s)的進(jìn)程被阻，并插入到該信號燈的等待隊列中，否則可以繼續(xù)執(zhí)行。P操作的實(shí)現(xiàn)入口S-1→SS≥0?轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度返回入信號燈等待隊列置“等待狀態(tài)”≥0?045V操作V操作的定義對信號燈s的v操作記為v(s)。v(s)是一個不可分割的原語操作，即取信號燈值

7、加1，若相加結(jié)果大于零，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，否則，要幫助喚醒在信號燈等待隊列上的一個進(jìn)程。V操作的實(shí)現(xiàn)入口S+1→S從信號燈的等待隊列中取出首元素入就緒隊列置“就緒狀態(tài)”返回S≤0?>0PV操作是通過原語實(shí)現(xiàn)的4.6進(jìn)程互斥的實(shí)現(xiàn)461.用上鎖原語和開鎖原語實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥框圖描述上鎖原語進(jìn)入臨界區(qū)csa進(jìn)程pa開鎖原語上鎖原語進(jìn)入臨界區(qū)csb進(jìn)程pb開鎖原語47程序描述程序task1main(){intw=1；∕*互斥鎖*∕cobeginpa()；pb()；coend}47程序描述pa(){?lock(w)；csa；unlock(w)；?}pb(){?lock(w)

8、；csb；unlock(w)；?}48