4进程的同步与通信,进程死锁

exit code Entry code
exit code
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Parend;
如何实现进入区、退出区代码—同步机构 如何实现进入区、退出区代码—
同步机构：指能实现进程同步的机制， 同步机构：指能实现进程同步的机制，该机制 能把其它进程需要的信息发送出去， 能把其它进程需要的信息发送出去，也能测试自 己需要的信息是否到达。 己需要的信息是否到达。 同步机构应遵循4个准则： 同步机构应遵循 个准则： 个准则
注意：对于临界资源，必须互斥访问， 注意：对于临界资源，必须互斥访问，否则会导致执 行结果的不确定性。 行结果的不确定性。
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个进程P1， 分别对共享变量 分别对共享变量account执行加 执行加1 例：2个进程 ，P2分别对共享变量 个进程 执行加 和加2的操作 的操作， 和加 的操作，account 初始值为 0， account的结果 ， 的结果 为多少？ 的执行顺序如下： 为多少？ P1，P2的执行顺序如下： ， 的执行顺序如下
account=N;
两点说明： 两点说明： 产生与时间有关的错误。 产生与时间有关的错误。 对临界资源的互斥使用，应先申请、判断。 对临界资源的互斥使用，应先申请、判断。
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临界段
定义：指在进程中访问临界资源的那段代码。 定义：指在进程中访问临界资源的那段代码。 访问过程： 访问过程： 1）在进入临界段之前，写一段代码以检查可否进入 ）在进入临界段之前， 临界段，通常把这段代码称为进入区 申请，判断)。 进入区(申请 临界段，通常把这段代码称为进入区 申请，判断 。 2）在退出临界段后，必须有一段代码来清除“正在 ）在退出临界段后，必须有一段代码来清除“ 访问临界段”标志， 访问临界段”标志，或发出本进程已经退出临界段 退出区（ 的信息，把这段代码称为退出区 释放）。 的信息，把这段代码称为退出区（释放）。
S1
进程P1依次运行 ， 进程 依次运行S1， 依次运行 S2，S4，S5，S7； ， ， ， ；
S3
S2
进程P2依次运行 ， 进程 依次运行S3， 依次运行 S6
S4 S6 S5
S7
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4.2.1 同步与临界段问题 临界资源
临界资源： 临界资源：一次仅允许一个进程使用的硬件或软 件资源。 件资源。 一般包括：慢速设备，共享的变量、数据结构、 一般包括：慢速设备，共享的变量、数据结构、 缓冲区、表格、队列、栈、文件等。 缓冲区、表格、队列、 文件等。
输入进程 缓冲区 计算进程
互斥关系（间接制约）：把并发进程间存在的因相互 互斥关系（间接制约）： ）：把并发进程间存在的因相互 竞争使用独占资源（共享资源）而产生的制约关系。 竞争使用独占资源（共享资源）而产生的制约关系。 例如：打印机，共享内存； 例如：打印机，共享内存；
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例1同步关系 同步关系
P1 M=account; M=M+1; P2 P1 account=M; 按此顺序执行 account=2
N=account; M=account;
进程推进顺序 M=M+1; account=M; 按此顺序执行 account=1
N=N+2; account=N;
P2 N=account; N=N+2;
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一个访问临界资源的进程描述如下： 一个访问临界资源的进程描述如下： While (1) { entry code; //进入区 进入区 critical code; //临界段 临界段 exit code; //退出区 退出区 remainder code;//剩余区 剩余区 }； ；
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P1,P2两进程使用同一打印机 两进程使用同一打印机。 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。 不互斥使用会交叉输出。 P1 Entry code
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Test_and_Set”指令 2、“Test_and_Set 指令
使用打印机
P2 Entry code
使用打印机
exit code
exit code
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对共享变量count的互斥访问。 count的互斥访问 例3: 对共享变量count的互斥访问。 Parbegin
P1:
{
M:=count; M:=M+1; count:= M;
Entry code
P2:
} { N:=count; N:=N+2; count:=N; }
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4.1.2并发执行的实现 并发执行的实现
前面是对并发的高级语言描述，要真正实现并 前面是对并发的高级语言描述， 发执行，需要通过OS支持的进程机制。 OS支持的进程机制 发执行，需要通过OS支持的进程机制。 实现的两种方法： 实现的两种方法： OS提供进程创建 结束和同步的系统调用； 提供进程创建， 1) OS提供进程创建，结束和同步的系统调用； 2) 由并行语言编译器将并发语言的语句转化 为对OS的系统调用。 OS的系统调用 为对OS的系统调用。
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exit（status）：进程结束。该系统调用发 exit（status）：进程结束。 ）：进程结束 出后，操作系统将从系统中删除调用exit exit的 出后，操作系统将从系统中删除调用exit的 进程，并将status status值传给等待它结束的父进 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。 ）：等待子进程结束 wait（&status）：等待子进程结束。 (1)当有多个子进程时 当有多个子进程时， (1)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 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 status值送到&status指针 （status）时的status值送到&status指针 所指单元中。 所指单元中。 (2)在控制返回调用者时 在控制返回调用者时， (2)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 pid作为wait（） 子进程pid作为wait（）系统调用函数的返 回值。 回值。 waitpid（pid， ）：等待pid所指定的进 等待pid waitpid（pid，…）：等待pid所指定的进 程结束。 程结束。
S3 图4.1 任务中子任务关系示意图
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4.1.1 并发编程方法 传统的串行程序存在着并行成分： 传统的串行程序存在着并行成分： (a)； Read (a)； (b)； Read (b)； b； c = a + b； Write (c) Read（ Read（a）和Read（b）两个语句可并行 Read（ 执行。
4.2 进程的同步与互斥
同步关系（直接制约）：为了完成一个共同任务，相 同步关系（直接制约）：为了完成一个共同任务， ）：为了完成一个共同任务 互协作的几个进程需要在某些确定点上协调他们的工 等待来自其它进程的信息， 作，等待来自其它进程的信息，以调整它们的推进速 方可顺利执行完毕。 度，方可顺利执行完毕。
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与进程相关的系统调用 UNIX操作系统利用进程支持并发执行； UNIX操作系统利用进程支持并发执行； 操作系统利用进程支持并发执行 它提供了如下系统调用： 它提供了如下系统调用：
fork（）：创建一个新进程。 fork（）：创建一个新进程。 （）：创建一个新进程 该子进程继承了父进程的程序空间， (1) 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。 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， 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 fork（）调用的返回点开始运行; 都从fork（）调用的返回点开始运行; 父进程fork（）调用的返回值是子进程 fork（） (2) 父进程fork（）调用的返回值是子进程 的进程标识pid pid； 的进程标识pid； 子进程fork（）调用的返回值是 fork（）调用的返回值是0 (3) 子进程fork（）调用的返回值是0。
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2）并发语句示例2 ）并发语句示例
Var F,G:file of T; r,s:T; reset(F); read(F,r); while not eof(F) do{ s=r; Parbegin write(G,s); read(F,r); Parend; } write(G,r); }
优点: 优点: 并发语句的结构化特征非常好。 并发语句的结构化特征非常好。 缺点： 缺点： 存在着描述能力不强的缺点， 存在着描述能力不强的缺点，即 存在着用Parbegin/Parend Parbegin/Parend语句无 存在着用Parbegin/Parend语句无 法描述的并发优先关系。 法描述的并发优先关系。 改进手段： 改进手段： 辅以其他手段， 辅以其他手段，则并发语句可以 大大增加其描述并发的能力。 大大增加其描述并发的能力。
1、空闲让进； 空闲让进； 2、忙则等待； 忙则等待； 3、有限等待； 有限等待； 4、让权等待； 让权等待；
实现方法 ① 软件方法 ② 硬件方法
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4.2.2
实现临界段的硬件O行为 行为 2）只能用于单处理机系 ） 统
与计算机体系结构有关 1、屏蔽中断法 、
3
识别程序中的并发成分有两种方法： 识别程序中的并发成分有两种方法： 程序员写顺序程序， 程序员写顺序程序，用识别工具识别 并发成分。 并发成分。再组织使用操作系统的并 发机制。 发机制。 由程序员识别并发成分: 由程序员识别并发成分:
用并发程序设计语言设计并发程序， 用并发程序设计语言设计并发程序， 由编译系统安排并发； 由编译系统安排并发； 直接利用操作系统的系统调用。 直接利用操作系统的系统调用。
中断引起的并发会导致错误的结果