OS4(同步软硬件方法)研究报告.pptx

操作系统 2.3 进程同步 2.3.1 进程同步的基本概念 2.3.2 信号量(semaphore) 2.3.3 经典进程同步问题 2.3.4 进程间通信 操作系统 正常行车 到站停车 开车 售票 开车门 关车门 司机 售票员 操作系统 打印进程1 打印进程2 打印 打印 获得打印数据 获得打印数据 操作系统 计算进程 打印进程 计算结果送到Buffer 从Buffer中取数 Buffer 竞争 竞争 完成数据计算 打印 通知打印进程打印 通知计算进程 送下一个数 合作与竞争 合作 合作 操作系统 司机与售票员 多个打印者 计算者与打印者 进程间存在两种关系 协调好这些关系的过程——进程的同步 操作系统 竞争资源关系——直接相互制约： 进程同步的主要任务：保证诸进程能互斥地访问临界资源 相互合作关系——间接相互制约： 进程同步的主要任务：保证相互合作的诸进程在执行次序上的协调——同步。 2.3.1 进程同步的基本概念 P48 操作系统 计算进程 打印进程 计算结果送到Buffer 从Buffer中取数 Buffer 互斥 互斥 完成数据计算 打印 计算进程与打印进程的同步 操作系统 1.临界资源 对于计算机中的有些软硬件资源，当多个进程对其进行访问时（关键是进行写入或修改），必须互斥地进行，这些一次只允许一个进程使用的资源称为临界资源(critical resource)。 打印机、内存变量、指针、数组等都是临界资源。 生活中的例子如：电话机等。 临界资源需要采用互斥方式，实现对资源的共享。 操作系统 2、临界区 每个进程中访问临界资源的那段程序段称为临界区（critical section）。 操作系统 访问临界资源的循环进程 Until false; Entry section Critical section; Exit section Remainder section; Repeat 进入区：进入临界区之前，检查可否进入临界区的一段代码。如果可以进入临界区，通常设置相应“正在访问临界区”标志； 临界区：进程中访问临界资源的一段代码； 退出区：用于将正在访问临界区标志清除。 剩余区：代码中的其余部分。 操作系统 进入区 临界区 退出区 进入区 临界区 退出区 ... ... ... ... ... ... ... ... 进程1 进程2 进入区、退出区各部分的作用 互斥是针对不同进程访问同一临界资源。 进程互斥 进程互斥 进程互斥是指若干共享临界资源的进程彼此交换信息以保证 排他性的进入各自的临界区，即当若干个进程都要使用某一 共享资源时，任何时刻最多只允许一个进程使用该资源，其 他要使用该资源的进程必须等待，直到占有资源者释放该资 源 所谓同步是指若干相互合作的进程彼此交换信息以保证在 执行次序上的协调。 进程同步： 进程同步是指若干相互合作的进程在一些关键点上可能需要 互相等待或互相交换信息。 进程同步 进程互斥可在具有一定逻辑关系的伙伴进程之间，也可在非 伙伴进程之间； 同步发生在相互有逻辑关系的伙伴进程之间。 进程同步是一般情况，互斥是同步的一种特殊情况。 进程同步和互斥的关系 操作系统 3、同步机制应遵循的准则 空闲则入：其他进程均不处于临界区； 忙则等待：已有进程处于其临界区； 有限等待：等待进入临界区的进程不能死等； 让权等待：不能进入临界区的进程，应释放CPU（如转换到阻塞状态） 解决互斥问题既可采用软件方法，也可采用硬件方法。 4、进程互斥的基本方法 软件实现方法就是在进入区设置和检查一些标志来标明是否有进程在临界区中，如果已有进程在临界区中，则在进入区通过循环检查进行等待，进程离开临界区后则在退出区修改标志。 有两个进程Pi和Pj，它们互斥的共享某个临界资源。 Pi和Pj是循环进程，它们执行一个无限循环程序，每次使用该资源一个有限的时间间隔。 (1) 进程互斥的软件方法（补充）例如: 操作系统 算法1：强制轮换法（单标志） 设立一个公用整型变量 turn：描述允许进入临界区的进程标识 在进入区检查是否允许本进程进入:turn为i时,进程Pi可进入; 在退出区修改turn的值：进程Pi退出时,改turn为j； 缺点： 强制轮流进入临界区，没有考虑进程的实际需要。容易造成资源利用不充分： 在Pi出让临界区之后，Pj使用临界区之前，Pi不可能再次使用临界区； 对两个进程Pi, Pj，其中的Pi描述如下图 以进程P0、P1为例，类C语法的伪码描述P0进程如下： int turn=0； //公共变量 进程P0： do { while (turn!=0); //进