第三章进程管理 - PowerPoint 演示文稿

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进程管理 PPT课件

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• 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,必须引人新的概念 --进程。
2.1.1前趋图
前 趋 图 (Precedence Graph) 是 一 个 有 向 无 循 环 图 , 记 为 DAG(Directed Acyclic Graph) ,用于描述进程之间执行的前 后关系。
图中每个结点可用于描述一条语句、一个程序段或进程 结点间的有向边则表示在两结点之间存在的偏序或前趋关系 “→”,→={( Pi , Pj ) |Pi must complete before Pj may start } 如果(Pi,Pj)∈→,可写成 Pi→Pj;,称Pi是Pj 的直接前趋,而Pj是Pi的直接后继。 在前趋图中,没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node) ,没有后继的结点称为终止结点(Final Node) 。
parend; Si(i=1,2,3,...,n) 表 示 n 个 语 句 ( 程 序 段),这 n 个语句用 parbegin 和 parend 括起来 表示这n个语句是可以并发执行的。这是 Dijkstra提出的。
2.1.3程序的并发执行及其特征
假设有一个程序由 S0~Sn+1个语句,
其中 S1 ~ Sn 语句是并发 执行的,程序如下: S0;
parbegin S1;S2;S3;...;SN parend; Sn+1;
2.1.3程序的并发执行及其特征
程序并发执行时的特征
1、间断性(执行—暂停—执行)
2、失去了程序的封闭性 3、不可再现性(失去封闭性引起)
例如,有两个循环程序 A和B,它们共享一个变量 N。程序 A每执行一次时,都要做N∶=N+1操作;程序B每执行一次时, 都要执行Print(N)操作,然后再将N置成“0”。程序A和B以不 同的速度运行。 可能出现以下三种情形:

第3章进程管理PPT教学课件

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可重入程序(纯代码):执行过程中不变的代 码。
2020/12/12
6
进程的特性
并发性:系统中同时存在着若干进程。 动态性:进程状态不断变化。 独立性:进程是分配资源的独立单位。 交往性:与其它进程交换信息。 异步性:以不可预知的速度向前推进。 结构性:一个进程包括三个部分:程序,
数据,进程控制块。
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进程状态及其转换
➢ 进程基本状态
➢ 就绪:拥有了除CPU之外的所有资源。 ➢ 运行:进程在CPU上运行。 ➢ 等待:进程等待某事件发生,如:读磁盘,打印、读
文件等等。
➢ 进程状态之间的转换
➢ 创建一个进程时,进程处于就绪状态。 ➢ 随着拥有(或等待)的资源不同,进程在不同的状态
4、哪些状态的转换是可能的,哪些是不可能 的。如:等待运行()。
5、一个完整的进程由程序、数据、进程控制
快组成。进程的任何状态变化都在PCB之中
反映出来。
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12
进程队列
处在就绪状态和等待状态的进程不止一个。 (但在任一时刻,处在运行状态的进程最多 只有一个)。
引起进程状态变化的原因也很多。
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进程控制块(PCB)
定义:描述进程外部特性的数据结构。
内容:
标识信息:进程标识符;特征;当前状态。
说明信息:拥有资源和等待资源。内存地址、 I/O设备、外存、数据区等。
管理信息:进程优先数;队列指针。
现场信息:记录进程释放处理机时的现场信 息,PSW、通用寄存器等。
作用:PCB是进程存在的唯一标志。进程 的动态、并发特性通过PCB表现出来。
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《进程管理》课件

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和协作。
进程迁移
02
为了提高系统可靠性和可用性,分布式系统支持进程迁移,确
保关键任务能够持续运行。
负载均衡
03
分布式系统通过负载均衡技术,将任务分配到不同节点上执行
,提高系统整体性能。
THANKS
感谢观看
当系统中存在多个等待资源的进程,且每 个进程都持有至少一个资源并等待获取被 其他进程持有的资源时,就会产生死锁。
通过设置资源分配顺序或限制资源请求量 来避免饥饿。
• 死锁预防
• 死锁避免
通过破坏死锁产生的必要条件来预防死锁 ,例如预先分配资源、设置最大需求量等 。
在分配资源时进行检测和限制,避免产生 死锁,例如银行家算法。
进程的状态及其转换
总结词
阐述进程的三种基本状态及转换关系
详细描述
进程状态分为新建、运行、阻塞和就绪等状态。新建状态是进程被创建时的状态,运行状态是进程获 得CPU并执行的状态,阻塞状态是进程等待某个条件成立而暂时无法执行的状态,就绪状态是进程已 具备运行条件但未获得CPU时的状态。不同状态之间可以相互转换。
进程管理在操作系统中的应用
01
02
03
进程调度
操作系统通过进程调度算 法,合理分配系统资源, 确保进程能够高效地运行 。
进程同步
操作系统提供进程同步机 制,实现多个进程之间的 协同工作,避免资源竞争 和死锁。
进程通信
进程之间通过消息传递、 共享内存等方式进行通信 ,实现数据交换和协同工 作。
多核处理器下的进程管理技术
进程与程序的区别和联系
总结词
比较进是程序的一次执行过程,具有动态特性和独立性。 程序是静态的,而进程是动态的。程序是永存的,进程是暂时的。程序是过程的代码, 而进程是执行这些代码的过程。一个程序可以对应多个进程,但一个进程不能对应多个

《进程管理》PPT幻灯片

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⑷处理机状态(CPU现场保护)
• 通用R • PC指令计数器 • 程序状态字PSW • 用户栈指针
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CPU现场保护信息(进程上下文)
当处理机被中断时,各种Register的内容都必须保存在被中断进 程的PCB中,以便在改进程重新执行时,能从断点继续执行。
(1)通用R(用户可视寄存器)8-32个(在RISC结构中,可超过10 0)
LIST在一个特殊区域) • 3. 初始化PCB • 4. 将新进程插入就绪队列。
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创建原语
Procedure create (n,s0,P0,m0,R0,acc)
begin
i:=get internal name(n);
获得内部名
i.id :=n;
填外部名
i.priority := P0; i.CPUstate:= s0; i.mainstore:= m0; i.resources:= R0; i.status:=readys;
运行队列:单机系统中整个系统一个。
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2.1.5进程控制块(2)
• 链接方式 把具有相同状态的PCB,
用其中的链接字,链接 成一个队列。
执行指针
就绪队列指针
多个 阻塞队列指针
空闲队列指针
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PCB1 PCB2 PCB3 PCB4 PCB5 PCB6 PCB7 PCB8 PCB9
思考:① 哪些程序段的执行必须是顺
序的?为什么?
② 哪些程序段的执行是可并行的?为
什么?
6
程序的并发执行(2)
• 二、特征
• 间断性 • 失去封闭性:主要由共享资源引起 • 不可再现性:P37例,设N的初值为n。

《工学进程管理》PPT课件

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第2章进 程 管 理
4) 进程控制信息
进程控制信息包括:① 程序和数据的地址, 是 指进程的程序和数据所在的内存或外存地(首)址, 以便再调度到该进程执行时,能从PCB中找到其程 序和数据;② 进程同步和通信机制,指实现进程 同步和进程通信时必需的机制,如消息队列指针、 信号量等,它们可能全部或部分地放在PCB中; ③ 资源清单,是一张列出了除CPU以外的、进程所需 的全部资源及已经分配到该进程的资源的清单;④ 链接指针,它给出了本进程(PCB)所在队列中的下 一个进程的PCB的首地址。
创建 就绪
进程调度 时间片用完
因等待的事 件已发生而 被唤醒
撤消 执行
等待某个事件 发生而阻塞
阻塞
第2章进 程 管 理
创建 许可 就绪
I/O完 成
间 时




度 调
阻塞
释放
执行
终止
I/O请 求
图2-7 进程的五种基本状态及转换p31-33
第2章进 程 管 理
六、挂起状态
在一般OS中,进程只有以上三种基本 状态。而在一些有特殊要求的OS中, 由于控制的需要,引入“挂起”状态。
第2章进 程 管 理
每个结点还具有一个重量(Weight),用于表示 该结点所含有的程序量或结点的执行时间。
P2
P5S1P1P3P8P9
P6
S2
P4 S3
P7
(a) 具有九个结点的前趋图
(b) 具有循环的前趋图
图 2-2 前趋图
第2章进 程 管 理
对于图 2-2(a)所示的前趋图, 存在下述前趋 关系:
过程,它是系统进行资源分配和调度的一 个独立单位。
第2章进 程 管 理

计算机三级进程管理PPT课件(73页)

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3 进程和程序的联系与区别:
(1)联系。程序是构成进程的组成部分之一,一个进程的运
行目标是执行它所对应的程序,如果没有程序,进程就失去了 其实际存在的意义。从静态的角度看,进程是由程序、数据和 进程控制块三部分组成的。 (2)区别。程序是静态的,而进程是动态的。进程既是程序 的执行过程,因而进程是有生命期的,有诞生,亦有消亡。因 此,程序的存在是永久的,而进程的存在是暂时的,动态地产 生和消亡。一个进程可以执行一个或几个程序,一个程序亦可 以构成多个进程。例如,一个编译进程在运行时,要执行词法 分析、语法分析、代码生成和优化等几个程序,或者一个编译 程序可以同时生成几个编译进程,为几个用户服务。进程具有 创建其他进程的功能,被创建的进程称为子进程,创建者称为 父进程,从而构成进程家族。
C1
P1
I1
C1
P1
I1
C1
P1
I2
C2
P2
程序顺序执行时的特征
(1)顺序性。处理机的操作严格按照程序规定的顺序执 行,即只有前一操作结束后,才能启动后一操作的执行;
(2)封闭性。程序在封闭的环境下运行,并独占全机, 因此机内资源的状态只有运行程序的操作才能改变它,其 执行结果不受外界因素的影响;
(3)可再现性。只要程序执行时环境和初始条件相同, 程序经多次运行后所得的结果必然相同。
二 前趋图的定义 前趋图是一个有向无环图,记为DAG。如图所示:
2
5
2
5
11
3
3
6
6
4
4
7
7
8
9
8
9
有向无环图
三 程序的并发执行与特征
1 虽然对于一个程序的输入、计算和打印必须顺序执行, 但在对一批程序进行处理时,则可使上述三种操作并发执行, 以提高系统的吞吐量。例如,输入程序在输入第三个程序 ( I3 ) 的 同 时 , 计 算 程 序 可 以 正 在 对 第 二 个 程 序 进 行 计 算 (C2),而打印程序正在打印第一个程序(P1)的计算结果。 如下图所示:

操作系统 进程管理PPT课件

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第三章 进程的描述与控制
17
PCB的内容
进程描述信息:
进程标识符(process ID),唯一,通常是一个整数 进程名,通常基于可执行文件名(不唯一) 用户标识符(user ID);进程组关系
进程控制信息:
当前状态 优先级(priority) 代码执行入口地址 程序的外存地址 运行统计信息(执行时间、页面调度) 进程间同步和通信;阻塞原因
一个具有一定功能的程序关于某个数据集合 的一次运行活动。
进程是一个程序与其数据一道通过处理机的 执行所发生的活动
第三章 进程的描述与控制
7
进程同程序的比较
程序是指令的有序集合,其本身没有任何运行的含 义,是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上 的一次执行过程,它是一个动态的概念。
程序可以作为一种软件资料长期存在,而进程是有 一定生命期的。程序是永久的,进程是暂时的。
间断性 失去程序的封闭性 不可再现性
第三章 进程的描述与控制
6
2.1.2 进程的定义
进程的概念是60年代初首先由麻省理工学 院的MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360 系统引入的。进程有很多各式各样的定义, 如:
行为的一个规则叫做程序,程序在处理机上 执行时所发生的活动称为进程(Dijkstra)
第三章 进程的描述与控制
16
2.1.5 进程控制块(Process Control Block)
为了描述一个进程和其它进程以及系统资源 的关系,为了刻画一个进程在各个不同时期 所处的状态,人们采用了一个与进程相联系 的数据块,称为进程控制块(PCB)。
系统利用PCB来控制和管理进程,所以PCB 是系统感知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的

《进程和处理机管理》幻灯片PPT

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1. 算法
我们可以把算法定义为:问题求解步骤 的准确描述。算法具有如下性质:
解题算法是一个有穷动作序列; 动作序列仅有一个初始动作; 序列中每一个动作仅有一个后继动作; 序列终止表示问题解决还是没有得到解
决。
2. 程序
程序是对一个复杂的计算〔问题〕用一种形 式化的语言对其初始数据与操作进展形式化 描述的一个算法。
4. 程序并行执行的特征
程序的并行执行虽然增加了系统的处理能 力和机器的利用率,但也产生了与顺序程 序不同的新特征。
〔1〕失去了程序的封闭性 〔2〕程序并行执行时的相互制约关系
3.1.2 进程的定义
通过上述分析可知,程序在并行执行时已不能 描述不封闭性和“执行-暂停-执行〞活动规律, 需要有一种新的概念工具来描述以下特征:
一步都应在下一步开场之前完成〔不存在并行〕。这 一特点就是我们所说的程序的顺序性。 (2) 环境处在“程序〞的完全控制之下,它决不以任何 方式变化,除非这种变化是程序所采取的步骤导致的 结果。这个特点被称为程序的封闭性。 (3) 除了要求在合理的时间内获得结果外,任一操作所 花费的时间对程序的运行而言是无关紧要的,即使在 任一操作之间有一暂时间歇也没有关系。程序所产生 的结果是其输入数据的函数而与时间无关。只要程序 执行的初始条件一样,其结果是可以再现的 。
3. 程序的并行执行和资源的共享
为了合理地使用系统资源,充分发挥各种资源的 作用,最大限度地提高系统的效率,引进多道程 序设计技术。又由于计算机技术的不断开展而出 现了中断技术、分时处理和各种新型构造,如多 CPU系统的出现,导致现代操作系统出现了许多 诸如并发性、资源共享性等许多新的特征。
〔1〕并行操作 〔2〕资源共享
位。 〔4〕异步特征 进程按照各自独立的,不可预知的速度向前推进,所以要求系统
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3.6.3用P,V原语操作实现同步

解:由题意可知,进程PA调用的过程deposit(data)和进 程PB调用的过程remove(data)必须同步执行,因为过 程deposit(data)的执行结果是过程remove(data)的执 行条件,而当缓冲队列全部装满数据时,remove(data) 的执行结果又是deposit(data)的执行条件,满足同步 定义。从而,我们按以下三步描述过程deposit(data) 和remove(data): 1)设Bufempty为进程PA的私用信号量,Buffull为进 程PB的私用信号量; 2)令Bufempty的初始值为n(n为缓冲队列的缓冲区个 数),Buffull的初始值为0, 3)描述:

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信号量和P,V原语

P原语
申请资源的进程如果s<0,进 程自我阻塞,因此进程放弃 了CPU。 图3.12P原语操作功能
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信号量和P,V原语

V原语
释放资源的进程A,如果 有进程B在等待资源,A要 唤醒B进程后再返回原进 程程序执行,如果原进程 程序执行完毕,则把CPU 交给进程调度程序。
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3.7进程通信

进程通信(IPC, Inter-Process Communication)


在进程间传送数据。 操作系统可以被看作是各种进程组成的,例如用户 进程、计算进程、打印进程等。这些进程都具有各 自独立的功能,且大多数被外部需要而启动执行。 一般来说,进程间的通信根据通信的内容可以划分 为两种:
3.6同步的概念

并发进程同时访问公有数据和公有变量引出了 互斥的概念.现在研究进程的合作关系.
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3.6同步的概念
1.进程同步举例:公共汽车中的司机和售票员。
司机
P1
售票员
while (true) { 开门;
P2Leabharlann while (true){
启动车辆; 正常运行; 到站停车; }
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3.6.2私有信号量


一般来说,我们也可以把各进程之间发送的消 息作为信号量看待。与进程互斥时不同的是, 这里的信号量只与制约进程及被制约进程有关 而不是与整组并发进程有关。因此,我们称该 信号量为私用信号量(Private Semaphvre)。一 个进程Pi的私用信号量Semi是从制约进程发送 来的进程Pi的执行条件所需要的消息。 与私用信号量相对应,我们称互斥时使用的信 号量为公用信号量。

主从式(master-servant system)通信系统的主 要特点是:

a.主进程可自由地使用从进程的资源或数据; b.从进程的动作受主进程的控制; c.主进程和从进程的关系是固定的.

主从式通信系统的典型例子是终端控制进程和 终端进程。
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3.7.1 进程的通信方式
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3.6.4生产者-消费者问题

采用信号量机制: full是“满”数目,初值为0,avail是“空” 数目,初值为N。full + avail = N mutex用于访问缓冲区时的互斥,初值是1 每个进程中各个P操作的次序是重要的:先检 查资源数目,再检查是否互斥――否则可能死锁.
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3.6.3 用P,V原语操作实现同步

1. 为各并发进程设置私用信号量 2. 为私用信号量赋初值 3. 利用P、v原语和私用信号量规定各进 程的执行顺序。
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3.6.3 用P,V原语操作实现同步


例:设进程PA和PB通过缓冲区队列传递数据。PA为发 送进程、PB为接收 进程。PA发送数据时调用发送过 程deposit(data),PB接收数据时调用过程 remove(data)。且数据的发送和接收过程满足如下条 件: 1)在PA至少送一块数据入一个缓冲区之前,PB不可 能从缓冲区中取出数据(假定数据块长等于缓冲区长度), 2)PA往缓冲队列发送数据时,至少有一个缓冲区是 空的; 3)由PA发送的数据块在缓冲队列中按先进先出(FIFO) 方式排列。
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3.6同步的概念
Pc
Pp
测试缓冲区需 要大量的CPU 时间.
缓冲区Buf
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3.6进程同步

我们把异步环境下的一组并发进程因直接制约而互相 发送消息而进行互相合作、互相等待,使得各进程按 一定的速度执行的过程称为进程间的同步。具有同步 关系的一组并发进程称为合作进程,合作进程间互相 发送的信号称为消息或事件。 如果我们对一个消息或事件赋以唯一的消息名,则 我们可用过程 wait (消息名) 表示进程等待合作进程发来的消息,而用过程 signal (消息名) 表示向合作进程发送消息。

用户进程(使用进程)与磁盘管理进程(服务进程) 之间的通信是会话系统的一个例子.
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3.7.1 进程的通信方式



消息或邮箱机制则无论接收进程是否已准备好 接收消息,发送进程都将把所要发送的消息送 入缓冲区或邮箱。 消息(message)是用来区别于命令(command) 或指令(instruction)等用语的。除了表示所交换 的数据传递大量信息之外,消息还具有两互相 通信的进程地位平等的意思。 消息的一般形式为四个部分组成:

会话方式(dialogue system):通信进程双方可分 别称为使用进程和服务进程。其中,使用进程 调用服务进程提供的服务。它们具有如下特点:



a.使用进程在使用服务进程所提供的服务之前,必 须得到服务进程的许可. b.服务进程根据使用进程的要求提供服务,但对所 提供服务的控制由服务进程自身完成. c.使用进程和服务进程在进行通信时有固定连接关 系.
关门;
售票;
}
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3.6同步的概念
共享缓冲区的进程的同步
例题:设某计算进程Pc和打印进程Pp共用一个 单缓冲区(如右图所示)。其中, Pc进程 负责不断地计算数据并送入缓冲区Buf中, Pp进程负责不断地从缓冲区Buf中取出数据 去打印。
Pc
Pp
缓冲区Buf
分析:Pc.Pp必须遵守以下同步规则: (1)当Pc进程把计算结果送入缓冲区Buf时,Pp进程才能从缓冲区 buffer中取出结果去打印 。 (2)当Pp进程把缓冲区Buf中的数据取出打印后,Pc进程才能把下一个 计算结果送入缓冲区Buf中。
图3.14缓冲区队列
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3.6.3用P,V原语操作实现同步
X的计算值=(x+1) mod n PA进程中的x与PB中的x是 两个独立的变量.
生产
消费
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3.6.3用P,V原语操作实现同步



这里,局部变量x用来指明缓冲区的区号,给 Buf(x)置标志位是为了便于区别和搜索空缓冲区 及非空缓冲区。 (思考:在该题中需要考虑互斥吗?(如果存与放 为两个不同序号的缓冲区,则可以不考虑互斥,但 如果是同一个缓冲区,则要考虑互斥使用.) 如果每次只允许一个进程对缓冲队列进行操作 时怎么办?(需要互斥))
第三章进程管理
课程回顾

进程控制就是系统使用一些具有特定功能的程序段来创建,撤消进程 以及完成进程各状态间的转换,从而达到多进程高效率并发执行和协 调、实现资源共享的目的。主要有创建原语,撤消原语,阻塞原语, 唤醒原语。

临界资源:一次仅允许一个进程使用的资源。


一个进程访问临界资源的那段程序代码称为临界部分(Critical section) 或者称为临界区(Critical region).即访问公用数据的那段程序。 尽管用加锁的方法可以实现进程之间的互斥,但这种方法仍然存在 这一些影响系统可靠性和执行效率的问题。例如,循环测试锁定位 将损耗较多的CPU计算时间。 OS可从进程管理者的角度来处理互斥的问题,信号量就是OS提供的 管理公有资源的有效手段。 在操作系统中,信号量sem是一整数。 在sem>=0时代表可供并发进程使用的资源实体数,但sem<0时则表示 正在等待使用临界区的进程数。
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3.6同步的概念
1.进程同步举例:公共汽车中的司机和售票员。
司机
P1
售票员
while (true) {
wait(到站)
P2
while (true)
{
wait(关门)
启动车辆; 正常运行; 到站停车; signal(到站) }
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开门;
关门;
signal(关门)
remove(data ) Begin local pw=0 p(full) p(mutex) pw=(pw+1) mod n 取缓冲区pw单元数据 v(mutex) v(avail) …… consume the item (消费) …… End
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3.6.4生产者-消费者问题
图3.13V原语操作功能
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用P,V原语实现进程互斥
描述: Pa: P(sem) <S临界区> V(sem):: : : Pb: P(sem) <S临界区> V(sem):: : :
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第3章 进程管理
1.进程概念(0.5学时). 2.进程描述(0.5学时). 3. 过程状态及转换(1学时). 4. 进程控制(1学时). 5.进程互斥(2学时). 6.进程同步( 1.5学时). 7. 进程通信(1.5学时). 8.死锁(1学时). 9.线程(1学时) 作业分析(1学时).
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