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第2章 进程管理2第3、4、5、6、7、8次.pptVIP

第2章 进程管理2第3、4、5、6、7、8次.ppt

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* 大多数处理器都有几种执行状态,如:核心态和用户态。操作系统内核运行在核心态,用户进程运行在用户态。用户进程不能直接执行运行在核心态的内核代码或者存取操作系统内核的数据结构。这种方法保护了操作系统内核,提高了系统的安全性。系统运行模式的区分虽然带来了安全性,但同时也带来了不便。因为系统的许多工作必须由内核代码完成(如创建进程、分配内存、驱动设备等),用户程序无法、也不能直接做这些工作。但用户程序又不得不做这些工作(如创建子进程等),因此操作系统必须提供一种机制让用户程序能在用户代码段中调用操作系统内核的函数。这就是通过系统调用。 * 第二章 的第一讲到此结束 * 在操作系统中引入进程后,虽然改善了资源利用率、提高了系统的吞吐量,但由于进程的异步性,也给系统造成混乱,甚至导致程序结果的不可再现。为此,OS必须利用某种机制来控制这种局面,我们就把这种机制叫做进程的同步机制,简称进程同步。 进程同步的主要任务是使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源、相互合作,从而使程序的执行具有可再现性。 为了实现进程同步,OS引入了许多管理机制,其中信号量机制是最有效的。 * 在多道程序系统中,有许多进程在系统中并发运行,这些进程间存在者不同的相互制约关系,这些关系可以归结为两种:同步关系与互斥关系。 * 例如:有两个进程A和B,A进程负责从输入设备读数据到缓冲区,B进程负责从缓冲区取数进行加工处理。 防止:满了还送,丢失数据;为空还取,取出空数! * 为了使多个进程能有效地共享临界资源,并使程序的执行具有可再现性,系统必须保证它们互斥地使用临界资源,即保证它们互斥地进入自己地临界区。如果一进程已进入临界区使用临界资源,另一企图进入临界区使用同一临界资源的进程便必须等待,直到前一进程退出临界区为止。不难看出,互斥的实质就是同步,互斥是同步的一种特殊形式。 * 为实现进程互斥地进入自己地临界区,采用同步机制来协调各进程间地运行。 空闲让进 -临界资源空闲时,应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区,以便有效地利用资源。 忙则等待——当临界资源正被访问时,其他要求进入临界区地进程必须等待,以保证对临界资源地互斥使用。 有限等待——任何要求访问临界资源的进程应能在有限的时间内进入自己的临界区,以免“死等” 让权等待——不能进入临界区的进程应立即释放CPU,以免“忙等” * 信号量的概念是荷兰科学家E.W.Dijkstra提出来的。在操作系统中,信号量semaphore是一整数。当semaphore大于等于零时,代表可供并发进程使用的资源实体数,但当semaphore 小于零时,则表示正在等待使用该资源的进程数。建立一个信号量必须经过说明,包括信号量所代表的意义、赋初值以及建立相应的数据结构以便指向那些等待使用该临界区的进程。 这个Dijkstra,就是那个提出“goto有害论”的Dijkstra,就是那个提出信号量和PV原语,解决了有趣的“哲学家聚餐”问题的Dijkstra,那个Dijkstra最短路径算法的创造者。曾在1972年获得过素有计算机科学界的诺贝尔奖之称的图灵奖 * 整型信号量的主要问题是,只要S=0 ,wait操作就会不断地测试,因而,没能做到“让权等待” * 前面介绍了整型信号量,并利用它实现进程间的互斥关系、前趋关系及简单同步关系的描述。 * 类似于VB中的自定义数据类型、C中的结构体。 * 在简单同步问题中,因为只有一个缓冲区,用私用信号量s1和s2就可以保证对缓冲区的互斥使用,所以无须再设互斥信号量;而在生产者-消费者算法中,因为二者公用一个缓冲池,私用信号量full和empty就无法保证对缓冲池的互斥使用了,所以必须再设一个互斥信号量mutex. * 在现实生活中,同步的例子也比比皆是。例如:在一辆公交车上,司机和售票员各行其职,独立工作。司机负责开车和到站停车;售票员负责售票和开关车门。但两者需要密切配合、协调一致。即当司机驾驶的车辆到站并把车辆停稳后,售票员打开车门,让乘客上下车,然后关好车门,这时司机继续开车行驶。此即典型的同步关系! * 问:汽车行进中售票员能开门吗? 乘客上下车时司机能开车吗? * * 操作系统的特性之一是并发与共享,即在系统中(内存)同时存在几个相互独立的程序,这些程序在系统中既交叉地运行,又要共享系统中的资源,这就会引起一系列的问题,包括:对资源的竞争、运行程序之间的通信、程序之间的合作与协同等等。 要解决这些问题,用程序的概念已经不能描述程序在内存中运行的状态,必须引入新的概念--进程。 * 使用信号量时要非常小心!一处很小的错误将导致很大的麻烦。这就像用汇编语言编程一样,甚至更糟,因为这里出现的错误都是竞争条件、死锁、以及其他不可预测

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