同步互斥问题之硬件

1、同步互斥问题之硬件,为什么会出现同步互斥问题?,为了提高系统中各种资源的利用率，引进了并发的概念，让多个进程可以并发执行，但又因为并发执行，容易引发死锁等一些问题,互斥关系与同步关系,互斥关系： 指由于竞争同一个物理资源而产生的相互制约关系 同步关系： 指进程间共同完成一项任务时直接发生相互作业的关系,如何判断同步互斥关系,互斥： 主要是看这些进程是否竞争同一个临界资源(临界资源每次只允许一个进程访问的资源)这些进程间有没有合作关系，如果是竞争同一临界资源，进程间又没有合作关系，那这些进程间就为互斥关系，应该让它们互斥执行 同步： 方法一两个以上的进程共同使用一个临界资源，但使用的是两种不同的

2、状态，而且两个进程是合作关系 方法二两个进程是合作进程，做两种不同的事，但像接力跑一样，必须前一个进程做完，后一个进程才做工作，或者两个进程的工作交替进行着,解决同步互斥问题方法,.软件方面 .硬件方面 锁，信号量机制,锁,任何临界区问题都需要一个简单的工具-锁。通过要求临界区用锁来防护，就可以避免竞争条件，即一个进程在进入临界区之前必须得到锁，而在其推出临界区时释放锁。,基本概念,信号量机构：信号量、p、v操作 信号量 p、v操作 原语,什么是信号量？,通常用234567表示，它的作用与交通管理中的信号灯一样，由它来控制进程的行进速度，一般情况，信号量为正数和8时可通行，负数时就必须等待（网

3、上的定义）。但是从我们所学基本代码可以看出，差不多S0的时候，就是可以通行的。,pv操作,信号量s为一整型变量，则 P(S): While S0 ；/no-op S = S-1 ； V（S）：S = S1； P、V操作是两条原语，即保证P、V操作对变量S的访问是互斥操作。,原语,原语：指完成某种功能且不被分割或不被中断执行的操作序列。（即老师讲的原子操作） 原语可通过硬件实现不可中断性；或通过实现临界段的元方法达到不被中断。 实现临界段的元方法: 屏蔽中断(只用于单机) 加硬锁。,利用信号量解决同步互斥问题,互斥：用于n个进程的临界段互斥，n进程共享一个信号量mutex,初值为1，任一进程Pi

4、的结构为：,Process Pi: do wait(mutex); critical section signal(mutex); remainder section while (1);,同步：有P1、P2 两进程，必须在P1执行完S1语句后，P2才能执行S2。需同步的两进程共享信号量synch，初值为0。,Parbegin,P2: begin,P1: begin,S1;,V(synch);,end;,P(synch);,S2;,end;,Parend;,操作系统实现信号量时与进程调度相结合，消除忙等待现象。 原则是：在P操作循环等待的地方加入放弃处理机/挂入等待队列动作，在V操作时，从等待

5、队列中摘取进程变为就绪态。 （P、V原语本身的互斥操作通过屏敝中断或为信号量加硬锁实现）,信号量的具体实现,1、信号量定义 type Semaphore=record value:integer; 一个数型变量 L:List of process;一个PCB队列 end; 2、P操作 P(S):S.Value=S.value 1; If S.value0 then 保存现场， 将本进程挂入S.L队列，重新调度。 3、V操作 V（S):S.value:=value+1 If S.value 0 then 从S.L队列 取一进程，挂入就绪队列。,实例,甲 5:00 查看冰箱，面包没了 5:05 去超市 5:10 到达超市 5:15 买好面包 5:20 回家,把面包放入冰箱 5:25 5:30