操作系统原理4章进程同步与进程通信.ppt

《计算机操作系统》- 第4章 操作系统原理Operating System Principles 四川大学计算机学院 段 磊 leiduan@ 2014 Spring 第4章 进程同步与进程通信 进程同步使得进程之间能够相互协作和有序使用资源。 进程通信是进程之间数据的相互交换和信息的相互传递。 本章目录 4.1 进程并发 4.2 临界区管理 4.3 信号量机制 4.4 用信号量解决经典进程同步问题 4.5 管程 4.6 进程通信 4.7 线程的同步和通信 4.1 进 程 并 发 并发是操作系统的基本特征 进程并发使得程序执行的特点发生了变化 4.1.1 程序的顺序执行 程序的顺序性包括 程序的内部顺序性 程序的外部顺序性 4.1 进 程 并 发 并发是操作系统的基本特征 进程并发使得程序执行的特点发生了变化 4.1.1 程序的顺序执行 程序的顺序性包括 程序的内部顺序性 程序的外部顺序性 4.1.1 程序的顺序执行 程序的内部顺序性 一个程序的操作代码在计算机处理器上按照顺序执行，一个代码结束后，后一个代码才能开始。 程序的外部顺序性 如果一项任务由多个程序模块组成，程序模块的运行也需要按照调用顺序执行，即程序模块之间的顺序性。 程序顺序执行具有的特点 顺序性 每个操作必须在上一个操作完成后才能开始；一个程序模块执行完成后另一个程序模块才能开始。 封闭性 程序运行独占系统全部资源，程序执行的结果除初始条件外，由程序本身决定，不会受到任何其它程序和外界因素的干扰。 再现性 针对相同的数据集合，程序执行的结果总是相同的。中断对程序执行的最终结果没有影响。程序执行的结果是可再现的。 程序顺序执行的不足 限制了多个程序模块的并发执行。 在多道程序并发执行环境下，处理器的利用率低，系统性能差。 传统的程序顺序执行在多道程序环境下已不适合。 4.1.2 进程的并发性 在多道程序环境下，程序是按照多个进程并发执行的。 进程的并发性是指一组进程执行在时间点上交替，在时间段上重叠。 进程的并发性 进程并发环境下，一个输入进程还没有完成，另一个计算进程已经开始；或者一个计算进程还没有完成，另一个输出进程已经开始。程序的外部顺序性不再存在。 并发进程之间可能是交互的，相关的。可能在同一时间段内，多个进程执行相同的软件代码，或多个进程共享某些变量，或多个进程请求同一硬件资源，一个进程的执行可能影响到其他进程的执行结果，并发进程之间具有制约关系。 进程并发性举例 例如，两个计数程序A、B，都为： N = N + 1； print（N）； 其中，计数值N是共享变量。 如果N的初始值为0，程序A、B执行的顺序不同，产生的结果也不同。 进程并发性举例（续） A → B 程序A：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为1*/ 程序B：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为2*/ 进程并发性举例（续） B → A 程序B：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为1*/ 程序A：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为2*/ 进程并发性举例（续） A → B → A → B (A、B交替进行) 程序A：N=N+1； 程序B：N=N+1； 程序A：print(N)；/* 此时打印出的结果为2*/ 程序B：print(N)；/* 此时打印出的结果为2*/ 进程并发执行的特点 间断性 多个并发进程共享处理器，执行过程是断断续续的，呈现间断性。 制约性 并发进程存在相互制约关系，系统必须对运行次序进行协调。 不可再现性 并发进程交替执行，如果存在共享变量等关系，程序执行的先后不同，会使共享变量的值不同。 失去封闭性 一个进程的执行环境与其它进程有关，程序执行失去了封闭性。 进程并发执行充分利用计算机资源，提高了效率。 4.1.3 进程间的竞争和协作 并发执行的进程以各自的速度向前推进，相互之间构成了相互竞争资源和相互协作的关系。 1．进程间的竞争 多道程序并发执行环境下，进程的执行失去了封闭性。并发进程相互共处在一个系统中，一个进程的执行必然会影响到其他进程。 进程间的竞争 共享的资源分为： 互斥共享资源：只有一个进程对资源访问，访问结束并释放后，另外的进程才能访问该资源。 同时共享资源：多个进程可并发访问，不需要一个进程访问结束，其他的进程就可访问的资源。 进程对互斥共享资源的竞争要求OS对进程操作采取同步措施，从时间上和顺序上加以限制，使得进程之间相互制约地使用这些资源，保证资源的完整性。 进程间的协作 由于每个进程都以独立地不可知的速度向前推进，需要具有