操作系统中进程同步与互斥的实现

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1、万方数据IIE庆石油高等专科学校学报2004年第6卷第1期。6l·操作系统中进程同步与互斥的实现汤敏400050重庆，重庆工业职业技术学院摘要：介绍计算机操作系统中进程的概念与属性，阐述了进程同步与互斥的原理，举例分析了通过P、V操作实现进程的同步与互斥的方法。关键词：操作系统；进程；临界资源操作系统是计算机的核心软件，是计算机专业学生的必修课程。有关操作系统的教材大多注重理论，而绝大多数学习者一生都不可能参于操作系统的研究工作，他们需要的是对理论的理解和对实用系统的灵活应用。进程同步与互斥的实现是操作系统中的重点内容，也是学习的难点部分。下面将这部分内容做

2、个归纳阐述，希望对初学者所帮助。1关于进程进程是一个具有独立功能的并发程序关于某个数据集合的一次执行。对进程定义的理解，要注意以下几点：(1)进程具有动态性、并发性、独立性、异步性、结构性五大基本特征。(2)能够反映并发程序“执行——暂停——执行”的活动规律。(3)与程序对比理解，程序就像是一个乐谱，是静态的。进程则可比作按乐谱演奏的音乐，这个演奏过程本身是动态的，即便重新演奏也决不是刚刚逝去的那段音乐。程序是静态的，进程是动态的。(4)当程序是静态时，即程序没有被执行，程序不属于任何一个进程；当程序在执行时，程序一定属于某个进程。这也说明程序是进程的组成部

3、分。(5)属于进程的程序可以是一个或多个，调用程序的进程也可以是一个或多个。这说明程序与进程之间没有一一对应关系。(6)描述进程的数据结构为进程控制块(PcB)，进程与PCB之间有一一对应关系。2进程的同步和互斥2．1同步与互斥当两个进程合作完成一个任务，在并发执行中，一个进程要等待其合作者发来消息或建立某个条件后才能向前执行。进程之间的这种制约关系称为进程的同步。例如：输入进程A通过单缓冲向计算进程B提供数据，当该缓冲为空时，计算进程B将因不能获得所需数据而阻塞。一旦进程A将数据送人缓冲区时，便将进程B唤醒。反之，当缓冲已满，进程A不能再向缓冲投放数据时，

4、进程A阻塞；仅当进程B将缓冲内数据取走时，才能唤醒进程A。进程的互斥通常是进程相互问争夺独占性资源而引起的。例如，两个进程共享一台打印机，若让它们随意使用，则很容易发生两进程的输出结果混淆在一起的情况。解决这个问题的方法是，当一个进程提出打印申请并得到许可后，打印机就一直为该进程所独占；如果在此期间有另一进程也提出打印申请，则必须等待使用打印机的那个进程释放打印机后，才可使用。同步是因合作进程之问协调彼此的工作而控制自己的执行速度，即因相互合作、相互等待而产生的制约关系；而互斥是进程之间竞争同一资源而禁止两个以上的进程同时使用该资源所发生的制约关系。譬如，若

5、干同学去图书馆借书，两队举行篮球赛，这两种情况都属于互斥关系。因为一本书只能借给一个同学；篮球只有一个，两队都要争夺。再如，流水线生产的各道工序，商品生产和社会消费，这两种情况都属于同步关系。因为各道工序的开始都依赖前一道工序的完成；商品没有生产出来时则消费元法进行，商品没有消费完则无须再生产。2．2临界资源与临界区系统中有些资源可以供多个进程同时使用，有些资源则一次仅允许一个进程使用。1次允许1个进程使用的资源，称为临界资源(CriticalResource)。很多物理设备如打印机、磁带机等都属于临界资源。某些软件的变量、数据、表格也不允许2个进程同时使用

6、，所以也是临界资源。进程在并发执行中可以共享系统中的资源，但对临界资源的访问则必须互斥进行，也即各进程对临界资源进行操作的那段程序，其执行也应是互斥的，这样才能保证对临界资源的互斥访问。我们把一个进程访问临界资源的那段收穗日期：2003—12一ll作者简介：汤敏(1968一)，女，重庆人，讲师，从事计算机教学工作。万方数据．62．重庆石油高等专科学校学报2004年第6卷=======；=========#=：======；口=========；====#=============；=============================；====日====

7、===============#====一程序代码，称为临界区(CriticalSection)。有了临界区的概念，进程间的互斥就可以描述为：禁止2个以上的进程同时进入访问同一临界资源的临界区。为此。必须有专门的同步机构来协调它们，协调的准则如下：空闲让进：无进程处于临界区时，若有进程要求进入临界区，应立即允许进入。忙则等待：当已有进程进入其I临界区时，其他试图进人各自II缶界区的进程必须等待。有限等待：有若干进程要求进入临界区时，应在有限时间内使1进程进人临界区，即它们不相互等待．以免谁都不进入I临界区。让权等待：等待进入临界区的进程，必须释放其拥有的CP

8、U。3同步与互斥的实现同步与互斥的实现具有典型意义的