第三章进程管理 - PowerPoint 演示文稿

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
售票； }
3.6进程同步




计算时需要一个存放 计算结果的Buf,用 Bufempty代表空的 缓冲区,初始值 =TRUE. 打印时需要一个装有 数据的Buf,用Buffull 代表满的缓冲区,初 始值=FALSE. Wait(Bufempty)等待 Bufempty为true. Signal(Buffull)使 Buffull为true.
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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)
deposit(data ) Begin local pr=n …… produce a product(生产) …… 如果交换位 置 p (mutex) p (mutex) p (avail) p (avail) pr=(pr+1) mod n 将会引起死 送数据进入缓冲区pr 单元 锁 ,为什么? v(mutex) v(full) End 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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3.6.2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。
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；
P2
while (true)
{
启动车辆； 正常运行； 到站停车； }
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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3.6.4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.

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.
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))
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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。
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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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3.6.4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。 即满足如下条件： （1）消费者想接收数据时，有界缓冲区中至 少有一个单元是满的。 （2）生产者想发送数据时，有界缓冲区中至 少有一个单元是空的。
图
生产者与消费者问题 浙江教育学院 信息学院
deposit(data ) Begin local pr=n …… produce a product(生产) …… p (avail) p (mutex) pr=(pr+1) mod n 送数据进入缓冲区pr单元 v(mutex) v(full) End

控制信息的传送(低级通信,主要用于互斥与同步) 大批量数据传送(高级通信,主要用于信息交换)
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3.7.1 进程的通信方式

进程的通信方式:
1. 2. 3. 4.
主从式 (master-servant system) 会话式(dialogue system) 消息或信箱机制(message) 共享存储区方式(shared memory)
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

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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。
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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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：
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。

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：
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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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3.7.1 进程的通信方式

进程的通信方式:
1. 2. 3. 4.
主从式 (master-servant system) 会话式(dialogue system) 消息或信箱机制(message) 共享存储区方式(shared memory)
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3.7.1 进程的通信方式