OS-03进程管理进程同步互斥与通信、死锁.ppt

操作系统原理 金 海 溶 blue1879@163.com(msn) 办公室: JK329 §3.6 进程同步与同步 操作系统设计中的核心问题是关于进程和线程的管理 多道程序技术 管理单处理器系统中的多个进程 多处理技术 管理多处理器系统中的多个进程 分布处理技术 管理多台分布式计算机系统 (集群) 中多个进程的执行 并发程序 并发是所有问题的基础，也是操作系统设计的基础。它包括很多设计问题 分配给进程的处理器时间等 资源的共享与争用 进程间的通信 多个进程活动的同步 并发程序 程序并发可以通过创建进程或线程实现 Windows 2000并发程序设计 例子3－7.cpp Unix下的并发程序设计 通过fork( )创建子进程 例：a+b=c §3.6 进程同步与同步 进程并发要解决的主要问题 互斥：支持并发进程的基本需求是实现互斥的能力，即，当一个进程被授予一资源时，在其活动期间，它具有排斥所有其他进程使用该资源的能力——并发的基本需求 实现互斥包括软件方法 (“忙等待”技术) 和支持互斥的硬件机制等 同步：进程间的活动有相互依赖和合作的关系 通信：信号量、管程、消息－实现同步、互斥的三方法 §3.6 进程同步与同步 并发的例子及并发后的问题 并发 在同一时间段内，多个进程同时运行；宏观上并发，微观上顺序执行。 并发后产生了资源的竞争和共享问题，而且进程的执行速度及进程的执行序列都是不可预测的 一个例子 §3.6 进程同步与同步 考虑下面一个字符回显的的过程 void echo(){ chin = getchar() ; chout = chin; putchar(chout) ; } 从键盘获得输入，每击一下键，输入字符就保存在变量chin中，然后传送给变量chout，并回送显示器 任何程序可以重复地调用此过程，接收用户输入，并在用户的屏幕上显示 §3.6 进程同步与同步 考虑一个支持单用户单处理器、多道程序设计系统 将其当作一个共享过程，载入到所有应用程序公用的全局存储区中。这样每个应用程序都能使用这个过程，由于每个应用程序只需使用echo过程的一个副本，从而节省空间 进程间共享主存是非常有用的，它允许进程间有效而紧密的交互，有利于进程的相互通信。但是，共享也可能会带来一些问题 §3.6 进程同步与同步 考虑下面的顺序 进程P1调用echo过程，并在getchar函数结束后立即被中断，此时，最近输入的字符x被保存在变量 chin中 进程P2被激活并调用echo过程，echo过程运行得出结果，输入然后在屏幕上显示单个的字符 y 进程P1被恢复。此时chin中值x被写覆盖，因此已丢失，而chin中的值y被传送给chout并显示出来 第一个字符丢失，第2个字符被显示了两次 §3.6 进程同步与同步 解决方案：一次只允许一个进程调用echo过程： 进程P1调用echo过程，并在getchar函数结束后立即被中断，此时，最近输入的字符x被保存在变量chin中 进程P2被激活并调用echo过程。但是，由于P1仍然在echo过程中，尽管当前P1处于就绪状态，P2仍被阻塞，不能进入这个过程。因此，P2被阻塞，等待echo过程可用 一段时间后进程P1被恢复，完成echo的执行，显示出正确的字符x P1退出echo后，解除了P2的阻塞，P2被恢复，成功地调用echo过程 §3.6 进程同步与同步 由此可见，解决共享资源的保护，唯一的办法是互斥的使用共享资源（如变量，代码等） 即：一次只允许一个进程访问共享资源 临界资源和临界区： 临界资源 某些在一段时间内只允许一个进程使用的共享资源称为临界资源 临界区（段） 访问临界资源的程序段称为临界区。即互斥执行的程序段 §3.6 进程同步与同步 进程P1和P2共享同一打印机资源，其操作流程如下： p1: entry code?使用打印机?exit code p2: entry code?使用打印机?exit code 系统打印机即为——临界资源 P1和p2的访问临界资源打印机的代码即为——临界区 §3.6 进程同步与同步 进程的通信方式之一——同步与互斥 同步：进程间必须互相合作的协同关系，有前后次序的等待和信息交换关系,这种进程间的直接制约关系称为进程同步(p60) 互斥：两个进程，当一个进程进入临界区时，另一个进程不能进入该临界区，这种进程间的间接制约关系称为进程互斥(p53) §3.6 进程同步与同步 互斥：硬件的支持 中断禁用 在单处理器机器中，并发进程不能重叠,只能交替。此外，一个进程将一直运行，直到它调用了一个操作系统服务或被中断。因