第2单元进程与进程管理.ppt

1、第2单元 进程与进程管理,第4节 进程之间的同步与互斥,并发进程之间关系： 同步与互斥 互发消息,互斥与同步,资源共享,在操作系统中，当多个并发进程使用同一个资源。而这个资源又不能同时使用，进程间的这种相互制约关系称为互斥,合作,并发进程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息， 这种关系称为进程同步,进程互斥举例,例1：两个进程A、B共享一台打印机 例2：两个进程共享一个变量x 设：x代表某航班机座号，p1和p2两个售票进程，售票 工作是对变量x加1。这两个进程在一个处理机C上并发执行,r1 := x；r1:= r1+1； x := r1 ；,P1与P2并发执行，两种可能的执行次序： A情形

2、（希望这样） p1： r1 := x；r1:= r1+1； x := r1 ； p2： r2:= x；r2 := r2+1； x := r2 ；,设x的初值为10，两种情况下的执行结果： 情况A： x = 10+2 情况B： x = 10+1,B情形 p1： r1 := x； r1:= r1+1； x := r1 ； p2： r2:= x；r2 := r2+1； x := r2 ；,与时间有关的错误：不同的时间执行结果不同,互斥,临界区是进程中对临界资源使用的程序段，称为相对于该临界资源的临界区。,临界资源 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。 硬件：如输入机、打印机、磁带机等 软件：如

3、公用变量、数据、表格、队列等,临界区,只要p1和p2不同时进入各自的临界区，就可以互斥使用同一临界资源,例题,在下面的叙述中，正确的是（ ）。 A.临界资源是非共享资源 B.临界资源是任意共享资源 C.临界资源是互斥共享资源 D.临界资源是同时共享资源 对进程间互斥地使用临界资源，进程可以（ ） A.互斥地进入临界区 B.互斥地进入各自的临界区 C.互斥地进入同一临界区 D.互斥地进入各自的同类资源的临界区,互斥使用资源办法,锁 信号量,1. 锁和上锁、开锁操作 什么是锁 用变量w代表某种资源的状态（0表示可用，1表示不可用），w称为“锁” 。 锁变量由内核维护，只能用内核提供的上锁操作和开锁

4、操作修改,锁,42,上锁原语 算法 lock 输入：锁变量w 输出：无 test： if (w为1) goto test； else w=1； *上锁* ,开锁原语 算法 unlock 输入：锁变量w 输出：无 w=0；*开锁* ,50,用锁改写卖票程序 x代表某航班机座号，pa和pb两个售票进程，售票工作是对变量x加1。 设：mutex为锁,pa( ) pb( ) lock(mutex)； lock(mutex)； x:=x+1 ； x:=x+1 ； unlock(mutex)； unlock(mutex)； ,利用锁实现互斥程序描述 程序 task1 main( ) p1( ) p2( )

5、 int w=0； * 互斥锁 * cobegin lock(w)； lock(w)； p1( )； csa ； csb ； p2( )； unlock(w)； unlock(w)； coend ,代表并发执行,上锁,开锁,临界区,临界区,46,用上锁原语和开锁原语实现进程互斥一般程序结构 框图描述,一个临界资源可以对应多个临界区。,互斥地使用临界资源是通过互斥地进入临界区实现的。,对不？,进程A、B共享变量x，需要互斥执行；进程B、C共享变量y，B、C也需要互斥执行，因此，进程A、C必须互斥执行。,上锁原语的问题：没有让权等待！,进程得不到锁，应该由运行状态转为等待状态,进程进入临界区的准则

6、,空闲让进 忙则等待 有限等待 让权等待,43,信号灯和P、V操作 什么是信号灯 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状态对并发进程和共享资源进行控制和管理。,信号灯的整型变量s。 变量值 0 时，表示绿灯，代表有资源可用； 变量值 = 0 时，表示红灯，代表没资源可用 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)。,变量S和队列q的改变必须由操作系统内核提供的原语操作,44,P 操作,P 操作的定义 对信号灯s的 p操作记为 p(s)。p(s)是一个不可分割的原语操作，。,（

7、 ）操作不是P操作可完成的。 A.为进程分配处理机 B.使信号量的值变小 C.可用于进程的同步 D.使进程进入阻塞状态,45,V 操作,V 操作的定义 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,当一进程因在记录型信号量S上执行V(S)操作而导致唤醒另一进程后，S的值为（ ）。 A.0 B.0 C.0 D.0,main( ) int mutex=1； * 互斥信号灯 * cobegin pa( )； pb( )； coend pa( ) pb( ) p(mutex)； p(mutex)； csa ； csb ； v(mutex)； v(mutex)； ,信号灯可能的取

8、值 两个并发进程，互斥信号灯的值仅取1、0和1三个值。 mutex=1 表示没有进程进入临界区； mutex=0 表示有一个进程进入临界区； mutex=1 表示一个进程进入临界区， 另一个进程等待进入。,用信号灯的P、V操作实现互斥的程序描述,用信号量改写卖票程序 x代表某航班机座号，pa和pb两个售票进程，售票工作是对变量x加1。 设：mutex为互斥信号灯，初值为1。,pa( ) pb( ) p(mutex)； p(mutex)； x:=x+1 ； x:=x+1 ； v(mutex)； v(mutex)； ,同步,生产者消费者问题 合作进程,54,单缓冲区的生产者与消费者问题 计算进程

9、cp和打印进程 iop公用一个单缓冲，为了完成正确的计算与打印，试用信号灯的p、v操作实现这两个进程的同步。,两个进程的任务 计算进程cp经过计算，将计算结果送入buf； 打印进程iop把buf中的数据取出打印。,57,main( ) int sa=0； *表示buf中有无信息 * int sb=1； *表示buf中有无空位置* cobegin cp( )；iop( )； coend cp( ) iop( ) while(计算未完成) while(打印工作未完成) 得到一个计算结果； p(sa)； p(sb)； 从缓冲区中取一数； 将数送到缓冲区中； v(sb)； v(sa)； 从打印机上输出

10、； ,59,生产者消费者问题的一般解答,生产者与消费者的同步关系 生产者：当有界缓冲区中无空位置时，要等待； 向有界缓冲区放入物品后，要发消息。 消费者：当有界缓冲区中无物品时，要等待； 从有界缓冲区取出物品后，要发消息。,62,程序描述 main( ) int sa=0； *满缓冲区的数目* int sb=n； *空缓冲区的数目* int mutex=1； *对有界缓冲区进行操作的互斥信号灯* cobegin p1 ( )； p2 ( )； pm ( )； c1 ( )； c2 ( )； ck ( )； coend ,pi( ) cj( ) while(生产未完成) while(还要继续消费

11、) p(sa)； 生产一个产品； p(mutex)； p(sb)； 从有界缓冲区中取产品； p(mutex)； v(empty)； 送一个产品到有界缓冲 v(sb)； v(mutex)； 消费一个产品； v(sa)； ,生产者消费者问题是一个既有同步又有互斥的问题。,例子,若信号量S初值为2，当前值为1，则表示有 ( )个进程在与S相关的队列上等待。 A0 B1C2D3 一种资源的数量是8，这个资源对应的信号量的当前值是2，说明:( ) A. 有2个进程等待这个资源 B. 有2个资源可以使用 C. 有6个进程等待这个资源 D. 有6个资源可以使用,信号量的物理意义是当信号量值大于零时表示 可分配资源的个数 ；当信号量值小于零时，其绝对值为 等待使用该资源的进程的个数 。,51,合作进程的执行次序表示