4.1并发执行问题.ppt

第七讲 并发执行问题 目的与要求：了解并发程序的同步与互斥问题，及上述问题的硬件解决方法。 重点与难点：并发程序中的同步与互斥与硬件解决方法。 作业：例举两个现实生活中需要同步与互斥的例子。 第四章 并发控制 并发的需求 操作系统利用进程或线程支持用户态程序并发执行。 用户程序设计要利用进程或线程，尽量安排并行事务在不同进程或线程中并发执行。 操作系统核心程序也要尽可能地并发运行 4.1 并发编程 计算任务存在并行成分 并发编程有三种方法： 程序员写顺序程序，用识别工具识别可并行成分后组织使用操作系统的并发机制。 由程序员识别可并行成分，用并发程序设计语言设计并发程序，由编译系统安排使用进程或线程并发； 或直接利用操作系统的系统调用/高级并发程序库设计并发程序。 与进程相关的系统调用 Unix操作系统利用进程（或线程）支持并发执行 它提供了如下系统调用： fork（）：创建一个新进程。该系统调用执行完成后，系统已创建了一个子进程，该子进程继承了父进程的程序空间，复制了父进程的数据段和栈段。也就是说不管是父进程还是子进程，在占有处理机后，都从fork（）调用的返回点开始运行，而父进程fork（）调用的返回值是子进程的进程标识pid；子进程fork（）调用的返回值是0。 exit（status）：进程结束。该系统调用发出后，操作系统将从系统中删除调用exit的进程，并将status值传给等待它结束的父进程。 wait（status）：等待子进程结束。当有多个子进程时，任一个子进程结束即将控制返回调用者，并将子进程调用exit（status）时的status值送到status指针所指单元中。在控制返回调用者时，同时将所等到的子进程pid作为wait（）系统调用函数的返回值。 waitpid（pid，…）：等待pid所指定的进程结束。 4.2 进程的互斥与同步 同步关系（亦称直接制约关系） 指完成同一任务的伙伴进程间，因需要在某些位置上协调它们的工作而相互等待、相互交换信息所产生的制约关系。 互斥关系（亦称间接制约关系） 即进程间因相互竞争使用独占型资源（互斥资源）所产生的制约关系。 4.2.1 同步与临界段问题 例1：同步问题。如果进程P1执行S1，S3 进程P2执行S2，则P1在执行S3之前必须等待P2执行完S2。 例2： P1、P2两进程使用同一打印机。如果不互斥使用会交叉输出 * * S1和S2两个子任务可并发执行 S1 S3 S2 S1 S3 S2 Entry code exit code 使用打印机 P1 Entry code exit code 使用打印机 P2 Parbegin A(amount){ R1=count; R2=amount; R1=R1+R2; count=R1; }; B(amount) { R1=count; R2=amount; R1=R1-R2; count=R1; }; Parend; 例3: 对共享变量count的互斥访问 互斥执行 例4：有限缓冲区的生产者/消费者问题（生产者和消费者共享一个产品缓冲链） INST NEXT 共享N个缓冲区 P1 P2 … Pm C1 C2 …Cn INST Nil INST NEXT First INST NEXT First typedef struct{ …… } item； // 消息类型 ?typedef struct{ struct buffer *next; struct item inst； } buffer； // 缓冲类型 struct buffer *P，*C，*First; struct item nextp，nextc; First= nil; 数据结构 new(P); #获得一空缓冲区 P.inst=nextp; P.next=First; First=P; }while(1); }; Parbegin Producer(){ do{ … produce a