进程同步互斥1

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实验、进程的同步与互斥——生产者消费者

实验、进程的同步与互斥——生产者消费者

实验、进程的同步与互斥——⽣产者消费者1. 1. 实验⽬的两个或两个以上的进程,不能同时进⼊关于同⼀组共享变量的临界区域,否则可能发⽣与时间有关的错误,这种现象被称作进程互斥。

对CPU的速度和数⽬不做出任何假设的前提下,并发进程互斥访问临界资源,是⼀个较好的解决⽅案。

另外,还需要解决异步环境下的进程同步问题。

所谓异步环境是指:相互合作的⼀组并发进程,其中每⼀个进程都以各⾃独⽴的、不可预知的速度向前推进;但它们⼜需要密切合作,以实现⼀个共同的任务,即彼此“知道”相互的存在和作⽤。

实验⽬的:分析进程争⽤资源的现象,学习解决进程同步与互斥的⽅法。

本实验属于设计型实验,实验者可根据⾃⾝情况选⽤合适的开发环境和程序架构。

1. 2. 实验原理信号量的PV操作与处理相关,P表⽰通过的意思,V表⽰释放的意思。

1962年,狄克斯特拉离开数学中⼼进⼊位于荷兰南部的艾恩德霍芬技术⼤学(Eindhoven Technical University)任数学教授。

在这⾥,他参加了X8计算机的开发,设计与实现了具有多道程序运⾏能⼒的操作系统——THE Multiprogramming System。

THE是艾恩德霍芬技术⼤学的荷兰⽂Tchnische Hoogeschool Eindhov –en的词头缩写。

狄克斯特拉在THE这个系统中所提出的⼀系统⽅法和技术奠定了计算机现代操作系统的基础,尤其是关于多层体系结构,顺序进程之间的同步和互斥机制这样⼀些重要的思想和概念都是狄克斯特拉在THE中⾸先提出并为以后的操作系统如UNIX等所采⽤的。

为了在单处理机的情况下确定进程(process)能否占有处理机,狄克斯特拉将每个进程分为“就绪”(ready)、“运⾏”(running)和“阻塞”(blocking)三个⼯作状态。

由于在任⼀时刻最多只有⼀个进程可以使⽤处理机,正占⽤着处理机的进程称为“运⾏”进程。

当某进程已具备了使⽤处理机的条件,⽽当前⼜没有处理机供其使⽤,则使该进程处于“就绪”状态。

操作系统第6章 进程互斥与同步

操作系统第6章 进程互斥与同步

Co-begin void Producer_i( ) (i=1,2…k) { item next_p; while(1){ produce an item in next_p P(empty); P(s); add next_p to buffer V(s); V(full); } } void consumer_j( ) (j=1,2…m) { item next_c; while(1){ P(full); P(s); remove an item from buffer to next_c V(s); V(empty); consume the item in next_c}} Co-end
• 进入临界段之前要申请,获得批准方可进入; • 退出临界段之后要声明,以便其他进程进入。
用程序描述: While(1){ entry_section; critical_section; exit_section; remainder_section; }
解决临界段问题的软件算法必须遵循:
准则1:不能虚设硬件指令或假设处理机数目。 准则2:不能假设n个进程的相对速度。 准则3:当一个进程未处于其临界段时,不应阻止 其他进程进入临界段。 准则4:当若干进程欲进入临界段时,应在有限时 间内选出一个进程进入其临界段。 用准则3,4不难推出下面原则 协调各进程入临界段的调度原则: • 当无进程处于临界段时,允许一个进程立即进入临界段。
3.实现临界段的硬件方法
利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁。 常见硬件指令有: ⑴ “Test_and_Set”指令 该指令功能描述为: int *target ( 限定为0,1) int Test_and_Set (int *target) { int temp; temp = *target ; *target = 1; return temp; }

解释一下进程同步和互斥的概念,并提供一些实际应用的例子。

解释一下进程同步和互斥的概念,并提供一些实际应用的例子。

解释一下进程同步和互斥的概念,并提供一些实际应用的例子。

解释进程同步和互斥的概念,并提供实际应用例子进程同步和互斥是操作系统中重要的概念,用于确保并发执行的进程能够正确地共享资源和避免竞争条件的发生。

以下是对这两个概念的解释以及一些实际应用的例子:进程同步的概念进程同步是指多个进程在执行过程中按照一定的顺序和规则进行协调以达到预期的结果。

在并行执行的环境下,进程可能会相互依赖或者依赖于某些共享资源,因此需要通过某种机制来保证进程之间的协调与同步。

常见的进程同步机制有:1. 互斥锁(Mutex):一种二进制信号量,用于确保在某一时刻只有一个进程访问共享资源,其他进程需要等待。

2. 信号量(Semaphore):用于控制多个进程对共享资源的访问,可以通过增减信号量的值来实现协调。

3. 条件变量(Condition Variable):用于在某一进程等待某个条件满足时暂停执行,直到条件满足后继续执行。

进程互斥的概念进程互斥是指多个进程对于共享资源的访问被限制为互斥的,即同一时刻只能有一个进程访问共享资源。

这样可以防止并发时的竞争状况,确保每个进程得到正确的结果。

实际应用例子:1. 银行账户:多个用户同时进行转账或查询操作时,需要对账户进行同步操作,避免出现数据不一致的情况。

2. 打印机:多个进程同时请求打印机,需要通过互斥机制来控制打印机资源的访问顺序,避免打印内容交叉或重叠。

3. 多线程编程:在多线程编程中,多个线程共享同一数据结构时,需要使用锁或信号量等机制来保证线程之间的同步和互斥。

这些例子中,进程同步和互斥机制的应用确保了资源的正确使用和并发操作的有序性,提高了系统的稳定性和可靠性。

以上是关于进程同步和互斥的概念解释以及实际应用例子的内容。

进程同步和互斥在操作系统中扮演重要角色,对于确保并发操作的正确性至关重要。

操作系统同步和互斥

操作系统同步和互斥

操作系统同步和互斥操作系统中的进程之间的关系只有两种:同步与互斥。

下面由店铺为大家整理了操作系统的同步和互斥的相关知识,希望对大家有帮助!操作系统同步和互斥1.进程同步进程同步也是进程之间直接的制约关系,是为完成某种任务而建立的两个或多个线程,这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。

进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。

比如说进程A需要从缓冲区读取进程B产生的信息,当缓冲区为空时,进程B因为读取不到信息而被阻塞。

而当进程A产生信息放入缓冲区时,进程B才会被唤醒。

2.进程互斥进程互斥是进程之间的间接制约关系。

当一个进程进入临界区使用临界资源时,另一个进程必须等待。

只有当使用临界资源的进程退出临界区后,这个进程才会解除阻塞状态。

比如进程B需要访问打印机,但此时进程A占有了打印机,进程B会被阻塞,直到进程A释放了打印机资源,进程B才可以继续执行。

扩展:临界资源在操作系统中,进程是占有资源的最小单位(线程可以访问其所在进程内的所有资源,但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源)。

但对于某些资源来说,其在同一时间只能被一个进程所占用。

这些一次只能被一个进程所占用的资源就是所谓的临界资源。

典型的临界资源比如物理上的打印机,或是存在硬盘或内存中被多个进程所共享的一些变量和数据等(如果这类资源不被看成临界资源加以保护,那么很有可能造成丢数据的问题)。

对于临界资源的访问,必须是互诉进行。

也就是当临界资源被占用时,另一个申请临界资源的进程会被阻塞,直到其所申请的临界资源被释放。

而进程内访问临界资源的代码被成为临界区。

对于临界区的访问过程分为四个部分:1.进入区:查看临界区是否可访问,如果可以访问,则转到步骤二,否则进程会被阻塞2.临界区:在临界区做操作3.退出区:清除临界区被占用的标志4.剩余区:进程与临界区不相关部分的代码临界资源使用规则:忙则等待、优先等待、空闲让进、让权等待(在临界区的进程,不能在临界区内长时间处于事件等待,必须在一定时间退出临界区)。

进程间同步的几种方法

进程间同步的几种方法

进程间同步的几种方法进程间同步是指两个或多个进程之间进行协调,以确保它们能够正确地执行。

这是多任务操作系统中的重要问题,因为进程之间共享资源,包括内存、文件和网络连接等。

进程同步的关键是确保一组进程在处理共享资源时,能够避免发生竞态条件(Race Condition)和死锁(Deadlock)。

竞态条件指多个进程同时访问共享资源,导致不正确的结果。

死锁指多个进程互相等待,导致它们都无法继续执行。

1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步方法之一,它被用来保护共享资源,确保同一时刻只有一个进程可以访问它。

当一个进程获取了锁,其他进程必须等待,直到锁被释放。

在 POSIX 系统中,互斥锁可以通过 pthread_mutex_t 数据类型实现。

我们可以使用pthread_mutex_init() 函数初始化锁,使用 pthread_mutex_lock() 函数获取锁,使用pthread_mutex_unlock() 函数释放锁。

下面是一个例子,展示了如何使用互斥锁同步两个进程对共享变量的访问:```c#include <pthread.h>#include <stdio.h>int count = 0;pthread_mutex_t lock;void *increment(void *arg) {for (int i = 0; i < 1000000; i++) {pthread_mutex_lock(&lock); // 获取锁count++;pthread_mutex_unlock(&lock); // 释放锁}return NULL;}在上面的例子中,我们创建了两个线程,它们分别对共享变量 count 进行了一百万次的递增操作。

我们使用了互斥锁来保护 count 变量,确保同一时刻只有一个线程可以访问它。

2. 信号量3. 条件变量条件变量可以被用来支持更高级的同步机制,如互斥锁和信号量。

进程同步机制应遵循的原则

进程同步机制应遵循的原则

进程同步机制应遵循的原则进程同步是指在多个进程之间共享和访问共享资源时,保证数据的一致性和正确性的一种机制。

进程同步机制应遵循以下原则:1.互斥原则:同一时刻只允许一个进程访问共享资源。

互斥可以通过各种技术实现,如信号量、互斥锁等。

通过互斥机制,保证每个进程在执行临界区代码时不会被其他进程干扰,从而保证共享资源的正确性。

2.有限等待原则:进程请求临界资源时,如果该资源被其他进程占用,请求进程应该在合理的时间内得到满足,而不是无限等待。

有限等待原则的目的是避免进程饥饿,确保资源能够公平地被进程使用。

3.活锁避免原则:进程同步机制应该尽量避免活锁的发生。

活锁是指进程在等待资源时不断重试,从而导致系统资源浪费,进程无法继续执行的情况。

为避免活锁,可以引入随机因素或者优先级机制,使得等待资源的进程能够有一定的机会得到资源。

4.顺序访问原则:对共享资源的访问应该按照一定的顺序进行,以避免产生竞争条件。

顺序访问原则可以通过引入排序标记、优先级调度等机制来实现。

5.无饥饿原则:每个进程在请求共享资源时应该能够得到满足,而不是一直被其他进程抢先。

为避免进程饥饿,可以采用公平调度策略,如循环等待。

6.死锁避免原则:进程同步机制应该尽量避免死锁的发生。

死锁是指多个进程因为互相等待对方释放资源而无法继续执行的情况。

为避免死锁,可以采用资源预分配或者资源有序性原则来保证进程不会陷入死锁状态。

7.公平性原则:进程同步机制应该尽量保证每个进程具有公平的获取共享资源的机会。

公平性原则可以通过轮询、随机分配等方法来实现,确保每个进程在请求资源时都有一定的机会得到满足。

以上是进程同步机制应遵循的基本原则,通过遵循这些原则,可以确保多进程之间共享资源时,数据的一致性和正确性,避免竞争条件、死锁、饥饿等问题的发生,保证系统的稳定和可靠性。

第4章 进程的同步与互斥

第4章 进程的同步与互斥

mxh
同步
生产者活动:
Repeat 加工一件物品
消费者活动:
Repeat wait(full)
wait(empty)
物品放入箱中 signal(full)
箱中取一物品
signal(empty) 消耗这件物品
Until false
Until false
mxh
互斥
生产者活动:
Repeat
认为缓冲区同一时刻只有一个人可
mxh
4.1 进程的同步和互斥

信号量定义(记录型信号量)

semaphore是一个结构体: typedef struct {
int value;
//资源的个数
//进程链表
struct process *L;
} semaphore;
mxh
4.1 进程的同步和互斥 申请一个
• 信号量操作wait现在可按如 下来定义: void wait (semaphore S) { S.value - -; if (S.value <0) { add this process to S.L; block(); } }
mxh
4.1 进程的同步和互斥
• 信号量的应用
–合作进程的执行次序 –共享缓冲区的进程的同步
mxh
4.1 进程的同步和互斥
• 合作进程的执行次序:
–保证一组合作进程按照逻辑需要所确定 的次序进行。
mxh
4.1 进程的同步和互斥
• 合作进程的执行次序
–可以用一个图来表示进程集合的执行次 序。图的连接描述了进程开始和结束的 次序约束,此图称为进程流图. –例如P78,图4-2。 –使用信号量机制实现图4-2的同步。(练 习)

进程同步与互斥应用例子

进程同步与互斥应用例子

数据库
写者 { 写数据库; }
读者 { 读数据库; }
进程的互斥
分析:写进程writer、读进程reader因竞争数据库这个资源
而成为互斥关系。因为写进程执行时,不能执行其他读写 进程,所以还必须设置一个计数器统计读进程的个数。如 果是第一个读进程,就与写进程竞争数据库。如果是最后 一个读进程,就释放数据库。因计数器是一个临界资源, 所以多个读进程对计数器的操作又是互斥操作。
进程的同步
解:这是一个同步问题,信号量初值:S2=0,S3=0,S4=0, S5=0,S6=0
进程P1 执行P1 V(S2) V(S3) 进程P4 P(S4) 执行P4 V(S6) 进程P2 P(S2) 执行P2 V(S4) 进程P5 P(S5) 执行P5 V(S6) 进程P3 P(S3) 执行P3 V(S5) 进程P6 P(S6) P(S6) 执行P6
进程的同步
• 例1:假设有三个并发进程P,Q,R,其中P负责从输入设 备上读入信息并传送给Q,Q将信息加工后传送给R,R则负 责将信息打印输出。进程P、Q共享一个缓冲区,进程Q、R 共享另一个缓冲区。
3个进程P、Q、R P进程: 从输入设备上读入信息 将信息放入缓冲区1 Q进程: 从缓冲区1取出信息 将信息放入缓冲区2中 R进程: 从缓冲区2取出信息 将信息打印输出
进程的互斥
练习:过十字路口(单道)。
P4
P1
P3
P2
P1 { 通过路口; }
P2 { 通过路口; }
P3 { 通过路口; }
P4
{ 通过路口; }
进程的互斥
分析:进程P1、P2、P3、P4因竞争十字路口这个资源而成 为互斥关系。 设:信号量m表示十字路口资源,初值为1表示资源可用。

详解进程同步与互斥机制

详解进程同步与互斥机制

详解进程同步与互斥机制⽬录⼀、什么是进程同步⼆、什么是进程互斥三、常见的进程同步与互斥机制⼀、什么是进程同步在多道批处理系统中,多个进程是可以并发执⾏的,但由于系统的资源有限,进程的执⾏不是⼀贯到底的,⽽是⾛⾛停停,以不可预知的速度向前推进,这就是进程的异步性。

那么,进程的异步性会带来什么问题呢?举个例⼦,如果有 A、B 两个进程分别负责读和写数据的操作,这两个线程是相互合作、相互依赖的。

那么写数据应该发⽣在读数据之前。

⽽实际上,由于异步性的存在,可能会发⽣先读后写的情况,⽽此时由于缓冲区还没有被写⼊数据,读进程 A 没有数据可读,因此读进程 A 被阻塞。

进程同步(synchronization)就是⽤来解决这个问题的。

从上⾯的例⼦我们能看出,⼀个进程的执⾏可能影响到另⼀个进程的执⾏,所谓进程同步就是指协调这些完成某个共同任务的并发线程,在某些位置上指定线程的先后执⾏次序、传递信号或消息。

再举个⽣活中的进程同步的例⼦,你想要喝热⽔,于是你打了⼀壶⽔开始烧,在这壶⽔烧开之前,你只能⼀直等着,⽔烧开之后⽔壶⾃然会发⽣响声提醒你来喝⽔,于是你就可以喝⽔了。

就是说⽔烧开这个事情必须发⽣在你喝⽔之前。

注意不要把进程同步和进程调度搞混了:进程调度是为了最⼤程度的利⽤ CPU 资源,选⽤合适的算法调度就绪队列中的进程。

进程同步是为了协调⼀些进程以完成某个任务,⽐如读和写,你肯定先写后读,不能先读后写吧,这就是进程同步做的事情了,指定这些进程的先后执⾏次序使得某个任务能够顺利完成。

⼆、什么是进程互斥同样的,也是因为进程的并发性,并发执⾏的线程不可避免地需要共享⼀些系统资源,⽐如内存、打印机、摄像头等。

举个例⼦:我们去学校打印店打印论⽂,你按下了 WPS 的 “打印” 选项,于是打印机开始⼯作。

你的论⽂打印到⼀半时,另⼀位同学按下了 Word 的 “打印” 按钮,开始打印他⾃⼰的论⽂。

想象⼀下如果两个进程可以随意的、并发的共享打印机资源,会发⽣什么情况?显然,两个进程并发运⾏,导致打印机设备交替的收到 WPS 和 Word 两个进程发来的打印请求,结果两篇论⽂的内容混杂在⼀起了。

用信号量机制与pv操作解决进程同步互斥问题的方法

用信号量机制与pv操作解决进程同步互斥问题的方法

用信号量机制与pv操作解决进程同步互斥问题的方

使用信号量机制和PV操作可以解决进程同步互斥问题。

1、设定信号量:首先,内核设置一个或多个信号量变量,用来同步多个进程访问共享资源。

2、PV操作:当进程要进入临界区时,需要调用P(V)操作,先进行V(P)操作,使信号量变量的值加1或减1,如果当前的值大于0,则可以进入临界区,若当前值为0,则进程进入睡眠状态,直到信号量变量大于0才可进入临界区。

进程在临界区操作完成后,调用V(P)操作退出临界区,如果信号量变量的值小于等于0,则唤醒等待队列中的一个进程。

由此可以看出,在解决同步互斥问题的过程中,信号量机制和PV操作可以使进程安全地访问共享资源,而不会产生破坏性的冲突,这样可以保证系统的完整性,正确的运行。

四种进程或线程同步互斥的控制方法

四种进程或线程同步互斥的控制方法

四种进程或线程同步互斥的控制方法1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数据访问。

2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。

3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。

4、事件:用来通知线程有一些事件已发生,从而启动后继任务的开始。

一临界区临界区的使用在线程同步中应该算是比较简单,说它简单还是说它同后面讲到的其它方法相比更容易理解。

举个简单的例子:比如说有一个全局变量(公共资源)两个线程都会对它进行写操作和读操作,如果我们在这里不加以控制,会产生意想不到的结果。

假设线程A 正在把全局变量加1然后打印在屏幕上,但是这时切换到线程B,线程B又把全局变量加1然后又切换到线程A,这时候线程A打印的结果就不是程序想要的结果,也就产生了错误。

解决的办法就是设置一个区域,让线程A在操纵全局变量的时候进行加锁,线程B如果想操纵这个全局变量就要等待线程A释放这个锁,这个也就是临界区的概念。

二互斥体windows api中提供了一个互斥体,功能上要比临界区强大。

也许你要问,这个东东和临界区有什么区别,为什么强大?它们有以下几点不一致:1.critical section是局部对象,而mutex是核心对象。

因此像waitforsingleobject是不可以等待临界区的。

2.critical section是快速高效的,而mutex同其相比要慢很多3.critical section使用范围是单一进程中的各个线程,而mutex由于可以有一个名字,因此它是可以应用于不同的进程,当然也可以应用于同一个进程中的不同线程。

4.critical section 无法检测到是否被某一个线程释放,而mutex在某一个线程结束之后会产生一个abandoned的信息。

同时mutex只能被拥有它的线程释放。

下面举两个应用mutex 的例子,一个是程序只能运行一个实例,也就是说同一个程序如果已经运行了,就不能再运行了;另一个是关于非常经典的哲学家吃饭问题的例子。

进程系统分配调度的基本单位,线程进行运算调度的最小单位进程和线程生命周期进程的状态线程的同步和互斥

进程系统分配调度的基本单位,线程进行运算调度的最小单位进程和线程生命周期进程的状态线程的同步和互斥

进程系统分配调度的基本单位,线程进⾏运算调度的最⼩单位进程和线程⽣命周期进程的状态线程的同步和互斥进程是计算机中程序关于某数据集合上的⼀次运⾏活动,是系统进⾏资源分配和调度的基本单位进程的状态:⼀个进程的⽣命周期可以划为⼀组状态,这些状态刻画了整个进程,进程状态即体现⼀个进程的⽣命状态。

进程有⼏种状态:就绪状态、运⾏状态、阻塞状态当然理论上上述三种状态之间转换分为六种情况;运⾏——>就绪:1,主要是进程占⽤CPU的时间过长,⽽系统分配给该进程占⽤CPU的时间是有限的;2,在采⽤抢先式优先级调度算法的系统中,当有更⾼优先级的进程要运⾏时,该进程就被迫让出CPU,该进程便由执⾏状态转变为就绪状态。

就绪——>运⾏:运⾏的进程的时间⽚⽤完,调度就转到就绪队列中选择合适的进程分配CPU运⾏——>阻塞:正在执⾏的进程因发⽣某等待事件⽽⽆法执⾏,则进程由执⾏状态变为阻塞状态,如发⽣了I/O请求阻塞——>就绪:进程所等待的事件已经发⽣,就进⼊就绪队列以下两种状态是不可能发⽣的:阻塞——>运⾏:即使给阻塞进程分配CPU,也⽆法执⾏,操作系统在进⾏调度时不会从阻塞队列进⾏挑选,⽽是从就绪队列中选取就绪——>阻塞:就绪态根本就没有执⾏,谈不上进⼊阻塞态。

在⼀些系统中,⼜增加了⼀些新状态,如挂起状态,可运⾏状态,深度睡眠状态,浅度睡眠状态,暂停状态,僵死状态。

线程:线程⽣命周期:线程的⽣命周期:新⽣,线程被实例化,还未被执⾏;就绪,没有抢到cpu时间⽚;运⾏,抢到了时间⽚,cpu开始处理这个线程中的任务;阻塞,线程在执⾏过程中遇到特殊情况,使得其他线程能获得执⾏的机会,被阻塞的线程会等待合适的时机,进⼊就绪状态;死亡,线程终⽌;线程的合并;.join( ) 当前线程将会释放CPU资源,cpu将时间⽚分给要join的线程线程的让步; .yield( ) 当前线程列表⾥优先级⾼于当前线程的可以抢这个CPU资源互斥:指某⼀时刻允许⼀个进程运⾏其中的程序⽚,具有排他性和唯⼀性同步:指在互斥基础上实现进程之间的有序访问,假设现有线程A和线程B,线程A需要往缓冲区写数据,线程B需要从缓冲区读数据,但她们存在⼀种制约关系,即线程A写的时候,B不能读数据,线程B在读数据的时候,A不能写,也即当A写完数据(或B取⾛数据),B才能来拿数据临界资源:能够被多个线程共享的数据/资源。

互斥同步问题

互斥同步问题

互斥同步问题是指多个进程在并发执行时,需要确保对共享资源的互斥访问,以避免竞争条件和数据不一致的问题。

在解决互斥同步问题时,通常采用以下方法:
互斥量(Mutex):互斥量是一种特殊的变量,用于保护共享资源,确保同一时刻只有一个进程可以访问该资源。

当一个进程需要访问共享资源时,会先尝试获取互斥量,如果互斥量已经被其他进程占用,则该进程会被阻塞,直到互斥量可用。

信号量(Semaphore):信号量是一种更复杂的同步机制,可以用于解决更复杂的并发问题。

信号量可以看作是一个计数器,用于控制对共享资源的访问。

当一个进程需要访问共享资源时,会先尝试减少信号量的值,如果信号量的值为0,则该进程会被阻塞,直到信号量的值增加。

条件变量(Condition Variable):条件变量用于在进程之间传递信息,以便一个进程可以等待另一个进程满足某个条件后才继续执行。

条件变量通常与互斥量和信号量一起使用,以实现更复杂的同步机制。

在解决互斥同步问题时,需要注意以下几点:
确保对共享资源的访问是互斥的,避免竞争条件和数据不一致的问题。

在访问共享资源之前,需要进行同步操作,如获取互斥量或信号量。

在访问共享资源之后,需要进行解锁操作,以便其他进程可以访问该资源。

在多线程环境下,需要确保线程安全,避免出现死锁等问题。

总之,互斥同步问题是并发编程中的重要问题之一,需要采取适当的措施来确保对共享资源的正确访问。

进程同步基本概念和原则

进程同步基本概念和原则

进程同步基本概念和原则1.引言1.1 概述进程同步是计算机科学领域中一个重要的概念。

在多任务操作系统中,多个进程并发执行,它们共享系统资源,如内存、文件等。

为了保证系统的正确性和可靠性,需要对进程的执行进行协调和管理。

进程同步的概念就是指在多个进程之间进行协作,使它们按照一定的顺序执行,以避免出现竞争状态和数据不一致的问题。

在并发执行的场景中,由于进程的执行速度和执行顺序是不可预测的,因此可能会引发一些问题,如死锁、饥饿等。

进程同步的目的是为了确保进程按照一定的次序执行,并且能够相互合作完成任务。

通过合理的同步机制,可以避免竞争条件,保证数据的一致性,提高系统的效率和稳定性。

为了实现进程同步,可以使用一些基本的同步机制,如互斥量、信号量、条件变量等。

这些机制通过提供临界区、等待和唤醒等操作,实现了进程之间的协调和合作。

在本文中,我们将介绍进程同步的基本概念和原则。

首先,我们将对进程同步的概念进行详细阐述,介绍其在多任务操作系统中的作用和意义。

然后,我们将介绍一些常用的进程同步原则,包括互斥、同步、顺序等。

通过深入理解这些基本概念和原则,可以帮助读者更好地理解进程同步的内在机制和实现方式。

本文旨在提供关于进程同步的基本知识和理论,并为读者进一步研究和应用进程同步提供参考。

最后,我们将对本文的内容进行总结,并展望进程同步在未来的发展方向。

希望本文能够对读者加深对进程同步的理解,并在实际应用中发挥积极的作用。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写:"1.2 文章结构本文分为三个主要部分,包括引言、正文和结论。

引言部分主要对进程同步的主题进行概述,简要介绍进程同步的基本概念和相关原则。

同时,引言部分还介绍了本文的结构,并说明了文章的目的。

正文部分分为2个小节,分别是进程同步基本概念和进程同步原则。

在进程同步基本概念部分,我们将详细介绍什么是进程同步,为什么需要进行进程同步以及进程同步的基本概念和相关术语。

用P,V操作实现进程的同步与互斥

用P,V操作实现进程的同步与互斥

用P,V操作实现进程的同步与互斥摘要:进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。

通过P,V操作可以实现进程的同步与互斥。

本论文从P,V操作的原理入手,详细介绍了P,V操作在进程中的应用,以及它们对进程同步和互斥的作用。

通过本文的阐述,读者可以深入理解操作系统中P,V操作的实现原理及其在进程中的应用。

关键词:P,V操作;进程同步;进程互斥正文:1.引言进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。

同步是指在多进程环境下,控制进程之间相互合作的过程,互斥则是指在同一时间,只允许一个进程访问共享资源的过程。

为了实现进程的同步与互斥,操作系统中通常使用P,V操作。

2.P,V操作原理P,V操作是一种原子操作,它们可以保证在多进程环境下的资源访问的同步和互斥。

P操作用于请求共享资源,如果资源已被其他进程占用,那么当前进程就会被阻塞,等待资源释放;V操作用于释放共享资源,如果有其他进程正在等待该资源,那么就会唤醒其中一个进程继续执行。

3.P,V操作在进程中的应用在进程中,P,V操作主要用于实现进程之间的同步与互斥。

在同步方面,可以通过P操作等待其他进程执行完毕才继续执行;在互斥方面,可以通过P操作占用共享资源,在使用完毕后通过V操作释放资源。

4.P,V操作对进程同步和互斥的作用P,V操作对进程同步和互斥的作用十分重要。

在同步方面,P操作可以协调多个进程的执行顺序,使得它们按照一定的规则执行;在互斥方面,P操作可以保证同一时间只有一个进程占用共享资源,有效避免了资源冲突问题。

5.总结通过P,V操作可以实现进程的同步与互斥。

本文详细介绍了P,V操作的原理及其在进程中的应用,以及它们对进程同步和互斥的作用。

实践证明,P,V操作是一种有效的实现进程同步与互斥的方法。

6. P,V操作的局限性虽然P,V操作能够解决进程同步与互斥问题,但是它们也存在一些局限性。

首先,P,V操作采用了忙等待的方式,需要不断地检测是否可以进行操作,这会占用CPU资源。

进程同步问题总结报告

进程同步问题总结报告

进程同步问题总结报告一、问题描述进程同步是操作系统中一个重要的问题,它涉及到多个进程在共享资源时如何正确地访问和操作。

在多进程环境中,如果没有正确的同步机制,会导致诸如竞态条件、死锁等问题。

本报告主要探讨进程同步问题及其解决方案。

二、问题分析1. 竞态条件:当多个进程同时访问共享资源,并且至少有一个进程的操作结果被其他进程的操作所覆盖,就会产生竞态条件。

竞态条件可能会导致数据不一致、系统状态不确定等问题。

2. 死锁:死锁是指两个或多个进程在等待对方释放资源,导致系统无法继续执行的情况。

死锁通常是由于资源分配不当、进程请求资源的顺序不一致等原因造成的。

三、解决方案1. 互斥锁(Mutex):互斥锁是一种最基本的同步机制,它允许一个进程在一段时间内独占共享资源。

当一个进程获得互斥锁后,其他进程就不能再获取锁,直到原进程释放锁。

这样可以避免竞态条件。

2. 信号量(Semaphore):信号量是一个计数器,用于控制对共享资源的访问次数。

信号量的值表示当前可用的共享资源数量。

通过调整信号量的值,可以控制进程对共享资源的访问。

3. 条件变量(Condition Variable):条件变量用于进程间的通信,一个进程可以在条件变量上等待,直到另一个进程通过通知操作唤醒它。

条件变量常与互斥锁、信号量等机制结合使用。

4. 读写锁(Read-Write Lock):读写锁允许多个进程同时读取共享资源,但只允许一个进程写入共享资源。

这可以提高并发性能,特别适用于读操作远多于写操作的情况。

5. 栅栏(Barrier):栅栏是一种同步机制,用于确保多个进程在访问共享资源前都达到某一位置。

栅栏类似于一个检查点,所有进程在到达栅栏前都必须等待,直到所有进程都到达栅栏才继续执行。

四、实验结果我们通过实验验证了这些同步机制的正确性和有效性。

实验中,我们设计了一些多进程程序,模拟了竞态条件和死锁情况,然后使用上述同步机制来解决这些问题。

进程间的互斥和同步问题(一)

进程间的互斥和同步问题(一)

进程间的互斥和同步问题(一)进程间的互斥和同步问题在多进程编程中,进程间的互斥和同步问题是一个重要的概念。

下面列举了相关的问题,并对其进行解释说明。

1. 互斥问题•定义:互斥指的是多个进程或线程对同一共享资源的访问是否有序的问题。

•问题描述:当多个进程同时竞争一个共享资源时,可能会出现资源竞争和数据不一致的情况。

•解决方案:使用互斥锁(Mutex)来实现对共享资源的互斥访问,保证每一次只有一个进程或线程能够访问该资源。

2. 同步问题•定义:同步指的是多个进程或线程之间如何进行有序的合作和协调。

•问题描述:当多个进程之间存在依赖关系,需要按照特定的顺序执行时,可能会出现数据不一致或死锁的情况。

•解决方案:使用同步机制(如信号量、条件变量等)来实现进程间的同步,保证各个进程按照特定的顺序执行。

3. 死锁问题•定义:死锁是指在多进程或多线程系统中,彼此因争夺资源而陷入无限等待的状态。

•问题描述:当多个进程互相持有对方所需的资源并等待对方释放资源时,可能会导致死锁的发生。

•解决方案:通过合理的资源分配和调度策略,避免进程之间出现相互依赖的情况,从而避免死锁的发生。

4. 临界区问题•定义:临界区是指在多进程或多线程环境中访问共享资源的一段代码区域。

•问题描述:当多个进程同时访问临界区时,可能会出现数据不一致或竞态条件的问题。

•解决方案:使用互斥锁或其他同步机制来保护临界区的访问,只有获得锁的进程才能够执行临界区的代码,其他进程必须等待。

5. 进程间通信问题•定义:进程间通信(IPC,Inter-Process Communication)指的是实现不同进程之间的信息交换和数据传输。

•问题描述:当多个进程之间需要共享数据或进行协作时,需要有效的通信机制来实现数据的传递。

•解决方案:使用各种IPC机制(如管道、消息队列、共享内存等)来实现进程间的通信,保证数据的正确传输和共享。

综上所述,进程间的互斥和同步问题是多进程编程中不可忽视的重要问题,通过合理的设计和使用适当的同步机制,可以有效解决这些问题,提高程序的并发性和可靠性。

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进程的同步互斥实验
实验目的
1、进一步认识并发执行的实质
2、分析进程竞争资源的现象,学习解决进程同步互斥的方法
实验内容
1、编写程序,使用相关函数实现父子进程对共享文件的同步互斥访问。

2、修改程序,观察对临界资源访问的互斥控制的作用。

实验基础
一、临界资源的互斥访问
为了实现多进程对临界资源的互斥访问,一个进程访问临界资源的典型程序段类似如下形式:
{ ……….
进入区
临界区;
退出区
其余代码;
………}
其中,进入区中判断资源是否可用,如果可用,则资源数量减1,进程进入临界区;否则进程阻塞等待。

退出区中资源数量加1,唤醒阻塞等待该资源的进程。

进入区和退出区都是原子操作。

操作系统中,通常用信号量来实现进入区和退出区,即P操作和V操作。

为了实现用户程序中对某些资源的同步互斥访问,操作系统也提供了一些函数接口,功能类似于对特定临界区的进入区和退出区功能。

二、相关的系统调用
(1)lockf(files,function,size) :用作锁定文件的某些段或者整个文件。

函数原型:
#include <unistd.h>
int lockf(int files,int function;long size)
其中:files是文件描述符;参数function可以取以下值:F_LOCK:锁定一个区域。

F_ULOCK:解除锁定。

参数size指明了从文件当前位置开始的一段连续锁定区域的长度,当size为0时,锁定记录将由当前位置一直扩展到文件尾。

如果lockf的参数function取值为F_LOCK,而指定文件的对应区域已被其他进程锁定,
那么lockf的调用进程将被阻塞直到该区域解锁。

通过使用lockf函数,可实现多进程对共享文件进行互斥访问。

进程的实现中,必须使得每个进程在使用文件前对文件加锁,使用文件后解锁。

(2)open:打开一个文件
函数原型:#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(char *path,int flags,mode_t mode);
其中:参数path 是指向所要打开的文件的路径名指针。

参数falgs 规定如何打开该文件,它必须包含以下值之一:O_RDONL Y,只读打开;O_WRONL Y,只写打开;O_RDWR,读/写打开;O_CREAT,当文件不存在时创建文件,需参数mode;O_APPEND,不论当前文件位置在何处,将文件指针移至文件尾,为write添加数据到文件;O_TRUNC,当以可写的方式成功打开普通文件时,截断该文件的长度为0。

参数mode 规定对该文件的访问权限。

open系统调用可以只使用前面介绍的这两个参数,省略第三个参数mode。

第三个参数是在用O_CREAT创建文件时使用,指出新建文件的存取许可权。

由这个参数指出的存取许可权还要和umask进行运算后才得到新建文件的真正存取许可权。

该运算是由umask按位取反,再按位与上第三个参数给出的数取或(~umask&mode)。

例如:umask为022,mode为0770,则新建文件的存取许可权为0750即-rwxr-x---。

(3)read:读文件
函数原型:#include <unistd.h>
int read(int fd,void *buf,size_t nbytes)
该系统调用从文件描述符fd所代表的文件中读取nbytes 个字节,到buf指定的缓冲区内。

所读取的内容从当前的读/写指针所指示的位置开始,这个位置由相应的打开文件描述中的偏移值(off_set)给出,调用成功后文件读写指针增加实际读取的字节数。

使用read 系统调用时,应注意设置的数据缓冲区充分大,能够存放所要求的数据字节,因为内核只复制数据,不进行检查。

返回:-1:错误;0:文件偏移值是在文件结束处;整数:从该文件复制到规定的缓冲区中的字节数。

通常这个字节数与所请求的字节数相同。

除非请求的字节数超过剩余的字节数,这时将返回一个小于请求的字节数的数字。

(4)write:写文件
函数原型:#include <unistd.h>
int write(int fd,void *buf,size_t nbytes) 该调用从buf所指的缓冲区中将nbytes 个字节写到描述符fd所指的文件中。

(5)lseek:定位一个已打开文件。

函数原型:#include <unistd.h>
int lseek(int fildes,off_t offset,int whence);
系统调用根据whence指定的位置将文件描述符fildes指向文件的文件指针偏移offset
长度的字节数。

Whence的取值及其含义如下:
·SEEK_SET:从文件头开始计算偏移量,文件指针值就是offset的值。

·SEEK_CUR:从文件指针的当前位置开始计算偏移量,文件指针值是当前指针的值加上offset的值。

·SEEK_END:从文件末尾开始计算偏移量,文件指针的值是文件长度加上offset的值,一般可能使用负的偏移量,使得文件指针从后向前移动。

当lseek调用成功时,返回值为一个字节为单位从文件头开始计算文件偏移量的值。

调用失败时,返回值为-1。

文件指针又称文件读/写指针。

文件刚打开时,文件指针指向开头位置;文件读写都是从文件指针处开始,并且在读写过程中同时移动文件指针。

Lseek函数就是用于设置文件指针位置。

(6)close:关闭文件
函数原型:#include <unistd.h> int close(int fd);
每打开一个文件,系统就给文件分配一个文件描述符,同时为打开文件描述符的引用计数加1。

Linux文件系统最多可以分配255个文件描述符。

当调用close()时,打开文件描述符的引用计数值减1,最后一次对close()的调用将使应用计数值为零。

虽然当一个进程结束时,任何打开的文件将自动关闭,明显地关闭任何打开的文件是良好的程序设计习惯。

实验指导
1、观察多进程对共享文件的写入情况。

编写程序:打开共享文件,由父进程创建两个子进程(3个进程并发执行),父进程和两个子进程分别连续向共享文件中写入多行字符串。

多次运行程序,或更改写入行数(或借助sleep函数增加写入时间),观察分析共享文件的写入结果。

2、观察多进程通过共享文件进行通信或合作情况。

编写程序:打开共享文件,由父进程创建一个子进程,父进程从外界获取字符串,并将其写入共享文件;子进程从共享文件中获取字符串,并将其输出出来。

多次运行程序,观察分析进程运行结果。

3、在上述1、2实验程序基础上,用lock/unlock系统调用实现对共享文件的同步互斥访问,多次运行程序,观察分析运行结果。

参考程序
参考程序1
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
int fatal (const char* info)
{
perror (info);
exit (1);
}
int lock(int fd)
{
lseek(fd,0,SEEK_SET);
if(lockf(fd,F_LOCK,0)==-1)
fatal("lockf()");
return 0;
}
int unlock(int fd)
{
lseek(fd,0,SEEK_SET);
if(lockf(fd,F_ULOCK,0)==-1)
fatal("unlockf()");
return 0;
}
int main()
{
int fd;
int p1,p2,i;
char str[20];
if((fd=open("locked_file.txt",O_RDWR|O_APPEND|O_CREAT,0666))<0) fatal("open");
write(fd,"=========\n",10);
while((p1=fork( ))== -1); /*创建子进程p1*/
if (p1==0)
{
lock(fd); /*加锁*/
for(i=0;i<3;i++)
{
sprintf(str,"daughter %d\n",i); write(fd,str,strlen(str));
sleep(1);
}
unlock(fd); /*解锁*/
}
else
{
lock(fd); /*加锁*/
for(i=0;i<3;i++)
{
sprintf(str,"parent %d\n",i);
write(fd,str,strlen(str));
sleep(1);
}
unlock(fd); /*解锁*/ wait(NULL);
}
close(fd);
}。

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