华南理工大学操作系统课件第三章并发控制.pptVIP

计算机操作系统 第3章 并发控制——互斥与同步 本章知识点： 3.1 并发原理 3.2 互斥——软件解决方法 3.3 互斥——硬件解决方法 3.4 信号量 3.5 管程 3.6 消息传递 3.7 读者/写者问题 3.8 系统举例（略） 3.1 并发原理 操作系统设计的核心是进程管理： 在单处理机系统中，并发执行方式： 微观串行，宏观并行。 在多处理机系统中，并发执行方式 宏观并行，也有微观并行。 分布式环境，多进程管理 并发的存在，要求操作系统 必须能跟踪大量活跃进程, 必须为每一活跃进程分配资源， 必须保护每一进程的数据和物理资源不被其他进程侵犯，并且进程执行的结果与其他并发进程执行时的相对速度无关（P73 例 echo）。 回顾：程序结果的不可再现性 程序A 程序B N=N+1; print(N); N=0; 设某时刻N=n; 3.1 并发原理 并发系统中的各个进程，由于资源共享、进程合作，而产生进程之间的相互制约； 3.1.1 进程间的相互作用 3.1.2 进程间的相互竞争 3.1.3 进程间的相互合作 3.1.4 互斥 3.1.1 进程间的相互作用 进程之间常常相互作用，存在某种彼此依赖或相互制约的关系。例如并发进程在竞争使用同一资源时将产生冲突。 可将进程间的相互作用划分为： 进程互不觉察： 由OS分配资源 进程间接觉察： 共享方式合作 进程直接觉察： 直接通信，协同工作 3.1.2 进程间的相互竞争 并发进程在竞争使用同一资源时将产生冲突。 进程间的竞争面临3个控制问题： 互斥 死锁 饥饿 竞争的控制不可避免地涉及到操作系统，因为是操作系统分配资源， 另外，进程自身也必须能以某种方式表达互斥的要求，例如在使用某一资源之前先将其加锁 。 互斥 临界资源Critical Resource: 每次仅允许一个进程使用的资源。如打印机，共享变量 临界区Critical Section ： 每个进程中访问临界资源的那段代码。 互斥Mutual Exclusion： 不允许两个以上的共享该资源的并发进程，同时进入临界区，称为互斥。 进程进入临界区之前，必须提出申请，经允许后方可进入，进入后加锁，使其他进程无法进入，退出临界区时解锁。 互斥的两个后果 死锁(deadlock) 是指多个进程互不相让，都得不到足够资源。 饥饿(starvation)是指某些进程一直得不到资源，或得到资源的概率很小。 3.1.3 进程间的相互合作 1.通过共享合作 这些进程并不是通过名字察觉到对方，而是通过共享访问间接察觉。 进程间通过共享方式进行合作。 除互斥、死锁和饥饿外，保证数据的一致性也是一个潜在的控制问题。 3.1.3 进程间的相互合作 2.通过通信合作 进程通信是指进程之间，可直接以较高的效率，传递较多数据的信息交换方式。 这种方式中采用的是通信机构，在进程通信时往往以消息形式传递信息。 因为在消息传递中不存在共享，所以这种形式的合作不需要互斥，但是还存在死锁和饥饿问题。 3.1.4 互斥问题的解决原则 互斥原则 P67 任何两个进程不能同时处于临界区 通用性原则 不应对CPU的速度和数目进行任何假设 有效性原则 临界区外的进程不应阻塞其他进程 合理性原则 不得使进程在临界区外无限制的等待 当进程无法进入临界区时，应放弃CPU资源 3.2 互斥——软件解决方法 软件方法对并发进程不提供任何支持， 不需要硬件、操作系统、程序设计语言的支持。 软件方法易引起较高的进程负荷，和较多的错误，但有利于同学们深刻理解并发的复杂性。 其基本思路：在进入区，检查和设置一些标志，如果已有进程在临界区，则在进入区通过循环检查进行等待； 在退出区，修改标志，允许其他进程进入。 主要问题：设置什么标志如何检查标志 类PASCAL描述语句与C对比 begin … end repeat ... Forever repeat ... until P while P do begin …end function name1(...):type procedure name2(...) var i,j:integer; var x:arra