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Chap 6 进程同步
内容
背景
临界区问题
软件和硬件解决方法
信号量
经典同步问题
管程
同步实例
1、背景
数据的不一致性
多个进程并发或并行执行
可在任何时候被中断,部分代码连续执行
对共享数据的并发/并行访问可能导致数据的不一致性
不可再现性
保证并发进程正确执行顺序的机制-同步
例子:解决有界缓冲问题的共享内存方法中使用n个缓冲区的问题
增加变量counter
初始化为0
每次向缓冲区增加一个新项时,counter递增
每次从缓冲区中移去一项时,counter递减
Shared data
#define BUFFER_SIZE 10
typedef struct {
. . .
} item;
item buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;
int out = 0;
int counter = 0;
有界缓冲区
生产者进程
item nextProduced;
while (1) {
while (counter == BUFFER_SIZE)
; /* do nothing */
buffer[in] = nextProduced;
in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
counter++;
}
有界缓冲区enter()
消费者进程
item nextConsumed;
while (1) {
while (counter == 0)
; /* do nothing */
nextConsumed = buffer[out];
out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
counter--;
}
有界缓冲区remove()
下列语句必须被原子性地执行counter++;counter--;
原子操作意味着一个操作在整个执行期间没有中断。
有界缓冲区
语句 “count++”可按如下方式以机器语言实现: register1 = counter
register1 = register1 + 1counter = register1
语句“count--”可按如下方式来实现:register2 = counterregister2 = register2 – 1counter = register2
初时count = 5:
S0: producer execute register1 = counter {register1 = 5}
S1: producer execute register1 = register1+1 {register1 = 6}
S2: consumer execute register2 = counter {register2 = 5}
S3: consumer execute register2 = register2–1 {register2 = 4}
S4: producer execute counter = register1 {counter = 6 }
S5: consumer execute counter = register2 {counter = 4}
有界缓冲区
如生产者和消费者试图并发地更新缓冲区,汇编语句可能交叉执行
交叉取决于生产者和消费者进程如何被调度
竞争条件: 多个进程并发访问和操作同一数据的情况。共享数据的最终结果取决于最后操作的进程
为了防止上述竞争条件,并发进程必须同步
竞争条件(Race Condition)
同步(Synchronization)
同步:对多个相关进程在执行次序上进行协调,使并发执行的进程间能有效地共享资源和相互合作,使程序执行具有可再现性,保证数据一致性
进程间有两种同步形式:
访问独占资源-互斥
协调执行次序-同步 P1 P2
P1
P2
Printer1
2、临界区
临界资源和临界区
Critical resource(临界资源)
系统中某些资源一次只允许一个进程使用,称这样的资源为临界资源或互斥资源或共享变量
Critical-Section(临界区)
涉及到临界资源的代码段叫临界区
item nextConsumed;
while (1) {
while (counter == 0)
; /* do nothing */
nextConsumed = buffer[out];
out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
counter--;
}
临界区
临界资源
临界区
是代码
进程内的代码
一段或多段
不一定连续
不一定相同
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