第4讲 进程管理之进程同步

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1、第四讲进程管理之进程同步一、为什么要引入进程同步？进程同步有什么作用？在引入了进程后，提高了资源的利用率。但是由于有限的资源也导致进程之间的资源竞争和共享。现在我们来看在进程的并发执行过程中存在的制约。1、两种形式的制约关系A.间接制约－由于共享某一公有资源而引起的在临界区内不允许并发进程交叉执行的现象。如两个进程都要使用打印机，则只有一个进程能获得，另一个进程只有等待。只有当打印机被释放后，该进程才能执行。B.直接制约－简单说就是一组异步环境下的并发进程，各自的执行结果互为对方的执行条件，从而限制各进程的执行速度的过程。进程同步的任务也就是其作用是使并发执行的诸进程之间能有效共享资源和相互

2、合作，从而使程序的执行有可再现性。也就是能使诸进程能够顺利执行下去。从这里我们可以看出，进程同步只有解决了进程间的间接制约和直接制约关系，才能使进程顺利协调执行。解决A的方法是：保证诸进程互斥访问临界资源。即进程互斥解决B的方法是：协调相互合作的诸进程的执行次序，狭义的同步。即进程同步那么现在明白了，进程同步包括，解决间接制约的进程互斥和解决直接制约的进程同步。二、进程同步的基本概念一）临界资源Ø概念：一段时间内只允许一个进程访问的资源。也就是竞争的那个公有资源。Ø要求：共享临界资源的诸进程必须互斥访问临界资源。Ø举例：生产者－消费者问题生产者（）消费者（）…….放产品取产品Counter:

3、=counter+1Counter:=Counter-1….….机器语言形式为：现在我们来看结果，由于生产者和消费者并发执行，并共享Counter，因此有：假设Counter的当前值是5，正确的结果应该是5。这表明：程序的执行不具有可再现性。为了解决此错误，应把变量Counter作为临界资源处理。也就是要生产者进程和消费者进程互斥的访问变量Counter.Ø结论：作为临界资源，生产者进程和消费者进程应该互斥访问。也就是，虽然生产者进程和消费者进程并发执行，但在执行Counter加1，减1时，要顺序执行。也就是只能安上述A或B的顺序执行。不能交替。Ø临界资源实例：硬件中的打印机、磁带机。软件中

4、的变量、队列、缓冲区等。一）临界区（criticalsection）1、概念：不允许多个并发进程交叉执行的一段程序就称为临界区，也就是每个进程中访问临界资源的那段代码。例如：生产者的Counter:=counter+1，消费者的Counter:=Counter-1都是CS2、临界区的进入：要互斥的进入临界区，就可实现对临界资源的互斥访问。要做到这点，必须在进入临界区之前对欲访问的临界资源进行检查，若此刻临界资源未被访问，则该进程进入临界区，对该资源访问，并设置它正被访问的标志；否则，该进程不能进入临界区。因此描述为如下：v进入区—增加在临界区前面的一段代码，用于检查欲访问的临界资源此刻是否被

5、访问。v退出区—增加在临界区后面的一段代码，用于将临界资源的访问标志恢复为未被访问标志。v剩余区—进程中除了进入区、临界区及退出区之外的其余代码。进入区临界区退出区剩余区要进入临界区的若干进程必须满足：同学们看一下。加深理解。（1）一次只允许一个进程进入临界区（2）任何时候，处于临界区的进程不得多于一个（3）进入临界区的进程要在有限的时间内退出（4）如果不能进入自己的临界区，则应让出处理机资源1、同步机制准则：看课本说一下空闲让进当无进程处于临界区内时，必须让一个要求进入临界区的进程立即进入，以有效地利用临界资源。忙则等待当已有进程处于临界区内时，其它试图进入临界区的进程必须等待，以保证它们

6、互斥地进入临界区。有限等待对要求进入临界区的进程，应在有限时间内使之进入，以免陷入“死等”。让权等待对于等待进入临界区的进程而言，它必须立即释放处理机，以免进程“忙等”一、信号量机制semaphore在解决临界区问题上，有些课本还提到了软件方法和硬件方法，有兴趣的同学自己下去看信号量和P、V原语概念都是由荷兰科学家Dijkstra提出来的。我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。一）信号量概念1、整型信号量n整型信号量——非负整数，除了初始化外，只能通过两个原子操作wait和signal（P，V）来访问。nwait和signal操作描述：wait(S)：wh

7、ileS£0dono-op测试有无可用资源no-op是无操作。S:=S-1;可用资源数减一个单位signal(S):S:=S+1;n主要问题：只要S£0，wait操作就不断地测试（盲等），因而，未做到“让权等待”。2、记录型信号量由于采用了记录型结构而得名。n基本思想1、设置一个代表资源数目的整型变量value（资源信号量）2、设置一链表L用于链接所有等待的进程n记录型信号量的数据结构Typesemaphor