操作系统概论 第6章 并发进程 课件.ppt

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1、第6章并发进程重点：分析与时间有关的错误；用PV操作实现进程的互斥与同步；解决死锁问题的方法6.1程序的顺序执行与并发执行一.程序的顺序执行与特征1.什么是程序的顺序执行一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执行。例如：2.顺序程序的特征（1）顺序性：处理机的操作严格按照程序规定的顺序执行，即只有前一操作结束后，才能启动后一操作的执行（2）封闭性：程序在封闭的环境下运行，并独占全机，因此机内的资源的状态只有运行的程序操作才能改变它，其执行结果不受外界因素的影响（3）可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同，程序经多

2、次运行后所得的结果必然相同二.程序的并发执行1.什么是程序的并发执行若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重叠的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即使这种重叠是很小的一部分，也称这几个程序段是并发执行的。PQR例：三个并发执行的程序段。用下图说明在多道批处理系统中，大量操作执行的先后次序。I1I2I3I4C1C3C2P1P2讨论：(1)哪些程序段的执行必须是顺序的？为什么？(2)哪些程序段的执行是并行的？为什么？2.表示方法s0;cobegins1;s2;……sn;coendsn+1;s0s1s2snSn+1……程序顺序执行在顺序环境

3、下:先A,后BCPU利用率=40/80=50%DEV1利用率=18.75%DEV2利用率=31.25%程序并发执行在并发环境下CPU利用率=89%DEV1并发环境下利用=33%DEV2并发环境下利用=66%并行和并发在单CPU系统中，系统调度在某一时刻只能让一个线程(进程)运行，虽然这种调度机制有多种形式(大多数是时间片轮巡为主)，但无论如何，要通过不断切换需要运行的线程让其运行的方式就叫并发(concurrent)。而在多CPU系统中，可以让两个以上的线程(进程)同时运行，这种可以同时让两个以上线程同时运行的方式叫做并行(parallel)多道程序设计和并发的关系6.2与

4、时间有关的错误1.什么是与时间有关的错误执行结果与并发程序执行的相对速度相关2.为什么会发生与时间有关的错误当两个或多个程序有共同的临界资源时，由于程序执行的速度不同，则会发生与时间有关的错误例：P111例：P113并发程序的特征1.失去程序的封闭性和可再现性如果程序执行的结果是一个与时间无关的函数，即具有封闭性。若一个程序的执行可改变另一个程序的变量，程序执行的结果不仅依赖于程序的初始条件，还依赖于程序执行时的相对速度，在这种情况下就失去了程序的封闭性。在并发环境中，机内资源状态将由多个程序来改变，因此使程序的运行失去了封闭性。2.程序与计算不再一一对应一个程序的一次执行

5、称为一个计算在并发的环境下，一个程序可对应多个计算。在程序顺序执行时，一个程序总是对应一个具体的计算，但在程序的并发执行时，可能有多用户共享使用同一个程序，但处理（计算）的对象却是不同的，例如，在多用户环境下，可能同时有多个用户调用C语言的编译程序，这就是典型的一个程序对应多个用户源程序的情况。3.程序并发执行的相互制约在多道程序设计的环境下，程序是并发执行的。即系统中有多道程序在“同时”执行，这些程序之间要共享系统的资源，程序之间有合作（通信）的关系。合作与竞争产生一系列的矛盾，这些矛盾实际上是一种相互制约，有直接的，也有间接。（1）资源共享（间接制约关系）（2）进程合作

6、（直接制约关系）无关的并发进程并发进程分类：无关的，交互的无关的并发进程：一组并发进程分别在不同的变量集合上操作，一个进程的执行与其他并发进程的进展无关并发进程的无关性是进程的执行与时间无关的一个充分条件进程的相互制约关系交互的并发进程交互的并发进程：一组并发进程共享某些变量，或者一组进程相互合作;一个进程的执行可能影响其他并发进程的结果与时间有关的错误执行的相对速度无法相互控制表现形式：结果不唯一例：P111,P113永远等待例：死锁进程的交互：竞争与协作并发进程之间的竞争关系共享资源进程的互斥并发进程之间的协作关系进程的相互合作进程的同步进程的交互：竞争与协作第一种是竞

7、争关系资源竞争的两个控制问题：一个是死锁(Deadlock)问题一个是饥饿(Starvation)问题既要解决饥饿问题，又要解决死锁问题进程的交互：竞争与协作进程互斥是解决进程间竞争关系(间接制约关系)的手段进程互斥指若干进程要使用同一共享资源时，任何时刻最多允许一个进程使用，其他进程必须等待，直到占有资源的进程释放该资源进程的交互：竞争与协作第二种是协作关系(1)•某些进程为完成同一任务需要分工协作•进程的同步是解决进程间协作关系(直接制约关系)的手段进程的交互：竞争与协作第二种是协作关系(2)•进程同步指两个以