“大学计算机基础”中操作系统基础知识的

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1、集中式和分布式操作系统中的同步互斥比较教学摘要:本文对集中式操作系统和分布式操作系统中的同步互斥机制进行了对比分析,并对这两种系统中的互斥策略通过比较教学法进行了进一步研究。
　　关键词:操作系统;集中式系统;分布式操作系统;同步;互斥
　　G642
　　
　　1引言
　　
　　分布计算系统中的各种资源是在地理上和物理上分布的,这种分布会造成信号传播过程中的延迟以及部分失效,因此与单机操作系统相比,分布计算系统的资源管理和资源调度更加复杂。
　　在研究生的“分布式操作系统”和本科生

2、的“操作系统”教学过程中,通过分布式系统和集中式系统中对资源的同步互斥机制进行比较教学,使得学生对互斥算法的了解更为透彻,分别取得了较好的教学效果。
　　
　　2系统中的同步
　　
　　无论集中式系统还是分布式系统中,为了实现多进程有效共享系统中的各类资源,都需要用同步机构进行互斥控制系统进行资源的调度和管理。在单机集中式系统中通常使用信号灯以及P-V操作进行同步控制并实现互斥算法,而在分布式系统中使用报文进行通信以实现互斥控制。由于集中式系统和分布式系统所采用的同步机构不同,因此要求也不同。

3、>　　集中式系统和分布式系统中实现同步均可以用硬件方法也可以用软件方法,通过比较教学使学生加深理解。
　　2.1集中式系统中的同步
　　集中式系统中同步的硬件实现方法是借助于TS(TestandSet)、Compare-and-Swap以及Fetch-and-Add等硬件机器指令,具体做法是通过为每个可共享的资源设置一个锁,通过进入临界区时的关锁和退出临界区时的开锁以达到对共享的临界资源的互斥同步控制。该方法虽然可以实现互斥且实现简单,但是不符合“让权等待”的同步机制准则。
　　集中式系统中同步的软件实现

4、方法通常是采用信号量机制。最简单的是整型信号量机制,通过两个标准的P、V操作实现资源的互斥使用。为了使得多个同类资源能够被有效的互斥使用,在信号量机制的概念中引入记录型信号量加以实现。采用AND型信号量可以较为有效的避免多个进程同时要求多种共享资源时发生死锁的问题。为了让进程能够一次使用多个同类资源而且不用进行多次等待操作(P操作),又使用信号量集机制进行控制。
　　实际上互斥是一种特殊的同步,软件方法中还经常使用Dekker算法和Peterson等算法简单的实现进程间的互斥。此外还有管程等同步控制机制。
　　

5、2.2分布式系统中的同步
　　在分布式系统中由于没有共享的主存,因此主要使用报文进行通信以实现同步。总的来说,分布式系统中的同步系统其本质就是使得各种使用共享资源的操作或活动形成一个有序序列,或者说同步机构的目的就是给使用资源的多个进程提供某种方法和手段使分布式系统保持一个一致的状态,如多副本文件系统的一致性等。
　　分布式系统中实现硬件同步的方法一般是采用物理时钟、事件计数器、顺序器等。物理时钟方法中,时钟服务器从WWV或GEOS处获得UTC,根据系统和用户的需要以集中式物理时钟的方式或分布式物理时钟的方式实

6、现同步控制。在教学的过程中,要给学生着重说明这里的集中式物理时钟方式中的集中式与单机系统中的集中式的不同。这里所谓的集中式物理方式是指在分布式系统中由时钟服务器统一的以基于广播的方式和请求驱动的方式向整个分布式系统提供同步所需要的时钟。在基于广播的方式中,集中的时钟服务员定期的向分布式系统中的各个成员广播当前的时间,由接收到广播时间的各个成员对时间进行处理。与此不同的是在集中式物理时钟的请求驱动方式中,由系统中的各个成员向集中式的时钟服务员发出请求以求获得当前的时间。分布式系统中的集中式物理时钟服务员的可靠性差,同时也是系

7、统的瓶颈,因为时钟服务员的崩溃可能导致系统的崩溃。分布式系统中的分布式物理时钟与上述集中式物理时钟的方法不同,它是由系统中的各个成员在规定的时间内向其它成员广播它的当前时间并按照约定的方法进行时间的校正。
　　由于分布式系统中资源的广泛分布性,很难准确地获得系统中每个机器确切的时钟值,因此实际上很难做到准确地同步,所以一般在分布式系统中更多的采用基于Lamport“在先发生关系”的逻辑时钟进行逻辑时钟校正以给分布式系统中的各个事件一个惟一的排序,从而达到同步的目的。
　　分布式系统中实现互斥同步控制的最简单的方

8、法是在并发执行的各个进程中选定一个进程作为协调者。当任一个进程想进入临界区时,首先要向协调者进程发送请求报文申请临界区进入许可。协调者进程根据目前临界区中的进程情况或者同意或者拒绝请求者进程进入临界区。这样的过程是通过报文的传递进行的。如果目前临界区内已有进程的话协调者或者拒绝或者不回答请求的进程。无论