操作系统 国家精品课程配套教材 教学课件 罗宇 文艳军 4.1并发执行问题.ppt

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1、第七讲并发执行问题目的与要求：了解并发程序的同步与互斥问题，及上述问题的硬件解决方法。重点与难点：并发程序中的同步与互斥与硬件解决方法。作业：例举两个现实生活中需要同步与互斥的例子。第四章并发控制并发的需求操作系统利用进程或线程支持用户态程序并发执行。用户程序设计要利用进程或线程，尽量安排并行事务在不同进程或线程中并发执行。操作系统核心程序也要尽可能地并发运行4.1并发编程计算任务存在并行成分S1和S2两个子任务可并发执行S1S3S2并发编程有三种方法：程序员写顺序程序，用识别工具识别可并行成分后组织使用操作系统的并发机制。由程序员

2、识别可并行成分，用并发程序设计语言设计并发程序，由编译系统安排使用进程或线程并发；或直接利用操作系统的系统调用/高级并发程序库设计并发程序。与进程相关的系统调用Unix操作系统利用进程（或线程）支持并发执行它提供了如下系统调用：fork（）：创建一个新进程。该系统调用执行完成后，系统已创建了一个子进程，该子进程继承了父进程的程序空间，复制了父进程的数据段和栈段。也就是说不管是父进程还是子进程，在占有处理机后，都从fork（）调用的返回点开始运行，而父进程fork（）调用的返回值是子进程的进程标识pid；子进程fork（）调用的返回值

3、是0。exit（status）：进程结束。该系统调用发出后，操作系统将从系统中删除调用exit的进程，并将status值传给等待它结束的父进程。wait（&status）：等待子进程结束。当有多个子进程时，任一个子进程结束即将控制返回调用者，并将子进程调用exit（status）时的status值送到&status指针所指单元中。在控制返回调用者时，同时将所等到的子进程pid作为wait（）系统调用函数的返回值。waitpid（pid，…）：等待pid所指定的进程结束。4.2进程的互斥与同步同步关系（亦称直接制约关系）指完成同一任

4、务的伙伴进程间，因需要在某些位置上协调它们的工作而相互等待、相互交换信息所产生的制约关系。互斥关系（亦称间接制约关系）即进程间因相互竞争使用独占型资源（互斥资源）所产生的制约关系。4.2.1同步与临界段问题例1：同步问题。如果进程P1执行S1，S3进程P2执行S2，则P1在执行S3之前必须等待P2执行完S2。S1S3S2例2：P1、P2两进程使用同一打印机。如果不互斥使用会交叉输出Entrycodeexitcode使用打印机P1Entrycodeexitcode使用打印机P2ParbeginA(amount){R1=count;R2

5、=amount;R1=R1+R2;count=R1;};B(amount){R1=count;R2=amount;R1=R1-R2;count=R1;};Parend;例3:对共享变量count的互斥访问互斥执行例4：有限缓冲区的生产者/消费者问题（生产者和消费者共享一个产品缓冲链）INSTNEXT共享N个缓冲区P1P2…PmC1C2…CnINSTNilINSTNEXTFirstINSTNEXTFirsttypedefstruct{……}item；//消息类型typedefstruct{structbuffer*next;struc

6、titeminst；}buffer；//缓冲类型structbuffer*P，*C，*First;structitemnextp，nextc;First=nil;数据结构new(P);#获得一空缓冲区P.inst=nextp;P.next=First;First=P;}while(1);};ParbeginProducer(){do{…produceaniteminnextp;...…consumetheiteminnextc;…}while(1);};Parend;Consumer(){do{while(first==nil);#

7、空循环等C=First;first=first.next;nextc=C.inst;dispose(C);#释放缓冲区T0：consumerC=FirstT1：producerP.next=FirstT2：producerFirst=PT3：consumerFirst=First.next则会发生生产者加入队列的缓冲区丢失临界资源（criticalresource）：一次仅允许一个进程使用的资源临界段（criticalsection)：各进程必须互斥执行的程序段。4.2.2实现临界段的硬件方法利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁常

8、见硬件指令有:1.屏蔽中断ParbeginA(amount){disableInterrupt();R1=count;R2=amount;R1=R1+R2;count=R1;enableInterrupt();};B(amount){