第2章 进程管理(part4)

执行V操作意味着释放一个单位的资源
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第二章 进 程 管 理
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关 于 进程同步
P.V操作必须成对出现
当为互斥操作时，它们同处于同一进程 当为同步操作时，则不在同一进程中出现 如果P(S1)和P(S2)两个操作在一起，那么P操作的 顺序至关重要。
2.4 经典进程的同步问题
2.4.1 生产者—消费者问题
问题描述 若干进程通过有限的共享缓冲区交换数据。其中，"生 产者"进程不断写入，而"消费者"进程不断读出；共享缓 冲区共有N个；任何时刻只能有一个进程可对共享缓冲区 进行操作。 前面我们已经对生产者—消费者问题(The proceducerconsumer problem)做了一些描述，但未考虑进程的互斥与 同步问题，因而造成了数据Counter的不定性。
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2. 记录型信号量 记录型信号量 在整型信号量机制中的wait操作，只要是信号量S≤0， 就会不断地测试。因此，该机制并未遵循“让权等待”的 准则， 而是使进程处于“忙等 忙等”的状态。 忙等 记录型信号量机制，则是一种不存在“忙等”现象的 进程同步机制。但在采取了“让权等待”的策略后，又会 出现多个进程等待访问同一临界资源的情况。 为此，在信号量机制中，除了需要一个用于代表资源 代表资源 数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表 增加一个进程链表L，用于 数目的整型变量 增加一个进程链表 链接上述的所有等待进程。记录型信号量是由于它采用了 记录型的数据结构而得名的。它所包含的上述两个数据项 记录型的数据结构 可描述为：
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Department of Computer Science 第二章 进 程 管 理 type semaphore=record value:integer; L:list of process; end 相应地，wait(S)和signal(S)操作可描述为： 相应地， 和 操作可描述为： 操作可描述为 procedure signal(S) procedure wait(S) var S: semaphore; var S: semaphore; begin begin begin S.value∶ =S.value+1; S.value∶ =S.value-1; if S.value≤0 then wakeup(S.L); if S.value＜0 then block(S.L) ＜ end end
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关 于 Wait(S)原语/P原语 P原语
Wait(S)或P（S）
① S.value=S.value-1
② 如果S.value>=0,则调用P(S)的进程继续运行 ③ 如果S.value <0,则调用P(S)的进程被阻塞，并把它 插入到等待信号量S的阻塞队列中。
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2. 利用信号量实现前趋关系
S1 S2 S4 S5 S3
S6
图 2-10 前趋图举例 Heb Nomal University
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执行P操作意味着申请分配一个单位的资源
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关 于 Signal(S)原语/V原语 V原语 Signal(S)或V(S)
① S.value=S.value＋1 ② 如果S.value>0,则调用V(S)的进程继续运行 ③ 如果S.value<＝0,则从等待信号量s的阻塞队列中 唤醒头一个进程到就绪队列中，然后调用v(s)的 进程继续运行。
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第二章 进程管理
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 管程机制 2.6 进程通信 2.7 线程
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2.4 经典进程的同步问题
读者写者问题 生产者－消费者问题 哲学家就餐问题
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如果S.value>0，那么表示系统中该资源还剩下S.value个； 如果S.value<=0，则表示系统中已经没有该资源了，这种情况下， S.value的绝对值表示系统中等待该资源的进程的数量。
wait(S)操作首先执行S.value--，若S.value<0，则表示进程 无法获得这种资源，进程自我阻塞到S.L队列中等待。 signal(S)操作首先执行S.value++，若S.value<=0，则说明 S.L队列上有进程在等待，于是唤醒等待队列上的第一个进 程，分配给它资源。 Heb Nomal University
信号量只能通过初始化和P/V原语来访问，不 受进程调度的打断。
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关于信号量
一般来说，一个记录型信号量S用来表示系统中某类资源 的可用数量和等待该资源的进程数量。 S.value的初值表示系统中某类资源的总数。若信号量代表 临界资源，则初值为1；否则，初值一般为大于1的整数。
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a
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b
S3
d
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g
S6
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关 第二章 进号 量理 于信 程管 信号量
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信号量表示资源的实体，是一个与队列有 关的整型变量。数据结构定义如下：
struc semaphore { int value; pointer_PCB queue;//阻塞在该信号量的各个 进程的标识 }
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关于信号量
整型信号量没有负值 一个临界资源，m个进程，在使用整型信号量进行同步时， 整型信号量的取值只有0，1 。 注意：当一个进程调用wait（mutex）原语，陷入忙等时， 不会让出处理机。
信号量只能通过初始化和P/V原语来访问，不 受进程调度的打断。
可见，该机制遵循了“让权等待”准则。 此时S.value的绝对值表示 可见，该机制遵循了“让权等待”准则。 此时 的绝对值表示 在该信号量链表中已阻塞进程的数目。 对信号量的每次signal操作，表示 操作， 在该信号量链表中已阻塞进程的数目。 对信号量的每次 操作 执行进程释放一个单位资源， 执行进程释放一个单位资源，故S.value∶ =S.value+1操作表示资源数目 ∶ 操作表示资源数目 后仍是S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资 加1。 若加 后仍是 。 若加1后仍是 ，则表示在该信号量链表中， 源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语， 将 S.L链表中的第一个等待 原语， 源的进程被阻塞 ， 故还应调用 原语 链表中的第一个等待 进程唤醒。如果S.value的初值为 ，表示只允许一个进程访问临界资源， 的初值为1，表示只允许一个进程访问临界资源， 进程唤醒。如果 的初值为 此时的信号量转化为互斥信号量。 此时的信号量转化为互斥信号量。
Байду номын сангаас
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1. 利用记录型信号量解决生产者—消费者问题
简单情况（只有同步）：一个buffer，一个生产者，一个 消费者，生产者不断地生产，消费者不断地消费。只有 buffer为空时生产者才能进行putdata操作，只有buffer有数据 时消费者才能进行getdata操作。 设置2个信号量full和empty。full表示buffer是否有数据，初 值为0；empty表示buffer是否为空，初值为1;取值范围都是 [-1，1]。
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2.3.3 信号量的应用
1. 利用信号量实现进程互斥 利用信号量实现进程互斥的进程可描述如下： 利用信号量实现进程互斥的进程可描述如下：
Var mutex:semaphore∶ =1; begin parbegin process 1: begin repeat wait(mutex); critical section signal(mutex); remainder seetion until false;