第4章--进程同步与通信讲述.ppt

计算机操作系统 操作系统 操作系统 计算机操作系统 第四章 进程的同步与通信 第4章 进程的同步与通信 4.1 进程同步的基本概念 4.2 信号量机制 4.3 经典进程同步问题 4.4 管程机制 4.5 进程通信 4.6 UNIX信号量机制 4.7 UNIX管程通信 4.1 临界区 4.1.1 进程同步的基本概念 多道系统中，由于进程间的相互联系及资源共享，使进程间可能存在两种形式的制约关系： 1、间接制约/互斥关系； 2、直接制约/同步关系； 进程同步：两个进程所表示事件的发生有着某种时序上的关系。 4.1.2 临界资源(Critical Resource) 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。包括：慢速设备，共享的变量、数据结构、缓冲区等。 例如：两个进程对account变量异步修改，导致结果的不确定性。 结论： 4.1.3 临界区(Critical Section) 一、定义： 进程中访问临界资源的代码段称为~。 例：2个进程P1,P2分别对共享变量account执行加1和加2的操作，account 初始值为 0， account的结果为多少？ P1,P2的执行顺序如下： 由于p1、p2语句执行的时间不同导致结果不同，产生了所谓与时间有关的错误。其原因是进程p1与p2在一段时间内都对临界资源即共享变量account进行了修改引起的。 多道系统中，像这种两个或多个进程并发地读写一个共享数据, 共享数据的值取决于最后访问它的进程的执行结果的情况称为竞态条件（Race condition）。 为保证对临界资源的互斥使用，在使用临界资源之前应先申请、判断。 一个访问临界资源的循环进程应为如下结构： 访问临界资源循环进程结构： While (1) { entry section; //进入区 critical section; //临界区 exit section; //退出区 remainder section;//剩余区 }; 4.1.4 同步机制应遵循的准则 为了保证进程互斥进入临界区，系统需设置专门的同步机制，同步机制应遵循4个准则： 4.1.5 解决进程互斥问题的软件方法 方法一、 设置标志位flag[i]来标识Pi是否在临界段中，flag[i] 初值为0，表示Pi未使用临界资源。 Pi结构：while (1) { while (flag[j]);//do nothing flag[i]=1; critical section; flag[i]=0; remainder section; }; 方法二 设一整型变量turn来标识何进程可进入临界区。初值设为i。 Pi结构： int turn=i; do { while (turni) ;//do nothing critical section; turn=j; remainder section; }while (1); 问题： 4.1.6 硬件方法解决互斥问题 硬件指令的特点：指令操作仅需一个指令周期。 一、检测和设置指令TS(Test-and-Set) 描述：int TS(int *lock ) { int t; t=*lock; *lock=1; return t; } lock:为临界段设置的公共变量。 Lock=0时，表示该资源空闲。 利用TS实现进程互斥 int lock=0; do { while （TS(lock)！=1）; //进入区 critical section; //临界区 lock=0; //退出区 remainder section; //其它部分 }while（1）; 4.2 信号量 信号量机制是1965年，由荷兰计算机科