第二章进程管理c.pptVIP

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第二章进程管理c

互斥与同步解决方法之三: 信号量(semaphores)方法 软件方法和硬件方法都存在“忙等”问题,浪费了处理机时间。 信号量方法能实现进程互斥与同步,而不必“忙等” 实例 交通信号灯:红灯停,绿灯行 信号量实现互斥的基本原理 两个或多个进程可以通过传递信号进行合作,可以迫使进程在某个位置暂时停止执行(阻塞等待),直到它收到一个可以“向前推进”的信号(被唤醒)。 相应地,将实现信号灯作用的变量称为信号量,常定义为记录型变量s,其中一个域为整型,另一个域为队列,其元素为等待该信号量的阻塞进程(FIFO)。 信号量定义 type semaphore = record count : integer; queue : list of process end; var s: semaphore; 定义对信号量的两个原子操作 wait(s) 和signal(s) 早期这两个原语被称作P(s)和V(s) wait(s) s.count := s.count – 1; if s.count 0 then begin 进程阻塞; 进程进入s.queue队列; end; signal(s) s.count:= s.count + 1; if s.count ≤ 0 then begin 唤醒队首进程; 将进程从s.queue阻塞队列中移出; end; Wait、 signal的应用 进程进入临界区之前,首先执行wait(s)原语,若s.count 0,则进程调用阻塞原语,将自己阻塞,并插入到s.queue队列排队。 注意,阻塞进程不会占用处理机时间,不是“忙等”。直到某个从临界区退出的进程执行signal(s)原语,唤醒它。 一旦其它某个进程执行了signal(s)原语中的s.count + 1操作后,发现s.count ≤ 0,即阻塞队列中还有被阻塞进程,则调用唤醒原语,把s.queue中第一个进程修改为就绪状态,送就绪队列,准备执行临界区代码。 信号量的类型 信号量分为:互斥信号量和资源信号量。 互斥信号量用于申请或释放资源的使用权,常初始化为1。 资源信号量用于申请或归还资源,可以初始化为大于1的正整数,表示系统中某类资源的可用个数。 wait操作用于申请资源(或使用权),进程执行wait原语时,可能会阻塞自己; signal操作用于释放资源(或归还资源使用权),进程执行signal原语时,有责任唤醒一个阻塞进程。 信号量的物理意义 s.count ≥ 0表示还可执行wait(s)而不会阻塞的进程数(可用资源数)。每执行一次wait(s)操作,就意味着请求分配一个单位的资源 当s.count 0时,表示已无资源可用,因此请求该资源的进程被阻塞。此时,s.count的绝对值等于该信号量阻塞队列中的等待进程数。执行一次signal操作,就意味着释放一个单位的资源。若s.count 0,表示s.queue队列中还有被阻塞的进程,需要唤醒该队列中的第一个进程,将它转移到就绪队列中。 s.count的取值范围 当仅有两个并发进程共享临界资源时,互斥信号量仅能取值0、1、-1。其中, - s.count=1,表示无进程进入临界区 - s.count=0,表示已有一个进程进入临界区 - s.count= - 1,则表示已有一进程正在等待进入临界区 当用s来实现n个进程的互斥时,s.count 的取值范围为1~-(n-1) 操作系统内核以系统调用形式提供wait和signal原语,应用程序通过该系统调用实现进程间的互斥。 工程实践证明,利用信号量方法实现进程互斥是高效的,一直被广泛采用。 经典进程互斥与同步问题 生产者/消费者问题 读者/写者问题 哲学家进餐问题 2.7 生产者/消费者问题 生产者与消费者是一个广义的概念,可以代表一类具有相同属性的进程。 生产者和消费者进程共享一个大小固定的缓冲区,其中,一个或多个生产者生产数据,并将生产的数据存入缓冲区,并有一个消费者从缓冲区中取数据。 假设缓冲区的大小为n(存储单元的个数),它可以被生产者和消费者循环使用。 分别设置两个指针in和out,指向生产者将存放数据的存储单元和消费者将取数据的存储单元,如图 ?不控制生产者/消费者 指针in和out初始化指向缓冲区的第一个存储单元。 生产者通过in指针向存储单元存放数据,一次存放一条数据,且in指针向后移一个位置。 消费者从缓冲区中逐条取走数据,一次取一条数据,相应的存储单元变为“空”。每取走一条数据,out指针向后移一个存储单元位置。 试想,如果不控制生产者与消费者,将会产生什么结果? 生产者/消费者必须互斥 生产者和消费者可能同时进入缓

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