第4章进程管理-2

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1、（四）进程互斥一、进程互斥的概念1.临界资源例1：两个进程A、B共享一台打印机若不加以控制，两个进程的输出结果可能交织在一起，很难区分。例2：两个进程共享一个变量x设：x代表某航班已卖出的机座数，初值为0。p1和p2为两个售票进程，功能是对共享变量x的值加1。这两个进程在一个处理机C上并发执行，分别具有内部寄存器r1和r2。两进程并发执行的两种可能次序:序列A序列Bp1:r1:=x;p1:r1:=x;r1:=r1+1;p2:r2:=x;x:=r1;r2:=r2+1;P2:r2:=x;x:=r2;r2:=r2+1;p1:r1:=r1+1;x:=r2;x:=r1;执行结果：x=2执行结果：x=1特

2、点：当两个进程公用一个变量时，它们必须顺序的访问，一个进程对公用变量操作完毕后，另一个进程才能去访问和修改这一变量。（1）什么是临界资源我们把一次（一段时间内）仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备，如输入机、打印机、磁带机等都具有这种性质。软件资源，如公用变量、数据、表格、队列等也都具有这一特点。（2）什么是临界区每个进程中访问临界资源的那段程序段称为临界区（临界段）。（3）什么是互斥在操作系统中，当某一进程正在访问某一存储区域时，就不允许其他进程来读出或者修改存储区的内容，否则，就会发生后果无法估计的错误。进程间的这种相互制约的关系称为互斥。例如：进程A正在执行CSa段时，进程

3、B就不能进入CSb段执行。进程A进程B……x=0CSbx=x+1CSa……x=x+1…操作系统如何保证进程的互斥呢？（1）保证进入当有若干个进程欲进入临界区时，应在有限的时间内使其进入；（2）排它性每次至多有一个进程处于临界区；（3）有限性进程在临界区内仅逗留有限的时间。?这些原则如何实现呢？二.锁和上锁、开锁操作1.什么是锁用变量w代表某种资源的状态，w称为“锁”2.进程使用临界资源的操作每个临界资源设置一个锁位:0:资源可用1:资源占用。锁操作：1.考察锁位的值；2.若原来的值是为“0”，将锁位置为“1”（占用该资源）；3.若原来值是为“1”，（该资源已被别人占用），则转到1。开锁操作：进

4、程使用完资源后，将锁位置为“0”，称为开锁操作。3.上锁原语和开锁原语（1）上锁原语算法lock输入：锁变量w输出：无{test：if(w为1)gototest;/*测试锁位的值*/elsew=1;/*上锁*/}（2）开锁原语算法unlock输入：锁变量w输出：无{w=0;/*开锁*/}问题：（1）效率低。当锁已上时，当前上锁的进程忙等；（2）无法实现。当锁已上时，当前上锁（原语）的进程占有CPU不放，谁来开锁呢？死锁！改进的算法算法：lock（w）输入：W（锁变量）输出：无{if（w==1）sleep(pri,w);W=1；/*上锁*/}算法：unlock（w）输入：W（锁变量）输出：无{i

5、f（等待W队列不空）wakeup(w)；W=0；/*开锁*/}4.用上锁原语和开锁原语实现进程互斥上锁原语开锁原语进入临界区CSa进程A上锁原语开锁原语进入临界区CSb进程B三.信号灯和P、V操作什么是信号灯信号灯是整型变量。a≥0时，表示绿灯，进程可继续执行。a<0时，表示红灯，进程停止执行。信号灯是一个确定的二元组（s，q），s是一个具有非负初值的整型变量，q是一个初始状态为空的队列。操作系统利用信号灯的值对并发进程和共享资源进行控制和管理。注意：创建信号灯时，应准确说明信号灯s的意义和初值（这个初值绝不能为负值）。2.P、V操作信号灯的值只能由P、V操作来改变。（1）P操作P操作定义对信

6、号灯s的P操作记为P（s）。P（s）是一个不可分割的原语操作，即取信号灯值减1，若相减结果为负，则调用P（s）的进程被阻，并插入到该信号灯的等待队列中，否则可以继续执行。入口s=s-1s>=0入信号灯等待队列置“等待状态”转进程调度返回YNP操作原语的实现（2）V操作V操作定义对信号灯s的V操作记为V（s）。V（s）是一个不可分割的原语操作，即取信号灯值加1，若相加结果大于零，进程继续执行，否则，要帮助唤醒在信号灯等待队列上的一个进程。入口s=s+1S<=0从该信号灯的等待队列中取出首元素置“就绪状态”转进程调度YN入就绪队列返回V操作原语的实现3.用信号灯的P、V操作实现进程互斥设：mute

7、x为互斥信号灯，初值为1，表示临界资源未被占用。（1）框图描述P(mutex)V(mutex)进入临界区CSa进程PaP(mutex)V(mutex)进入临界区CSb进程Pb（2）程序描述Main(){intmutex=1;/*互斥信号灯*/cobeginPa（）；Pb（）；coend}Pa(){…P(mutex);CSa;V(mutex);…}Pb(){…P(mutex);CSb;V(mutex