计算机操作系统_进程间互斥与同步

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智慧树 计算机操作系统 网课章节测试答案

智慧树 计算机操作系统 网课章节测试答案

计算机操作系统在线学堂•得分:8••评语:••名称计算机操作系统•成绩类型百分制•截止时间2022-07-22 23:59•题目数5•总分数10说明第二次见面课课后测验提示:选择题选项顺序为随机排列•第1部分•总题数:51【单选题】 (2分)关于同步和互斥关系,以下叙述错误的是:A.并发进程推进过程中由于共享互斥资源可能形成互斥关系B.互斥表现的是一种竞争关系,互斥进程不能同时使用互斥资源C.并发进程推进过程中围绕共享资源可能形成合作关系D.同步表现的是进程之间的合作关系,同步进程可以同时使用临界资源2【单选题】 (2分)关于临界区和临界资源的说法,错误的是A.并发进程体中关于同一临界资源的临界区称为相关临界区B.临界区指的是进程体中使用临界资源的代码段C.一个进程体中只能有一块临界区D.临界资源指的是并发进程并发推进过程中需要共享但是不能同时共享的资源3【多选题】 (2分)PV操作可用来实现A.并发进程间的互斥B.进程间少量信息的传递C.并发进程间的同步D.进程间大量信息的传递4【判断题】 (2分)为了让用户进程互斥地进入临界区,可以把整个临界区实现成不可中断的过程,即让用户具有屏蔽所有中断的能力。

每当用户程序进入临界区的时候,屏蔽所有中断。

当出了临界区的时候,再开放所有中断A.对B.错5【判断题】 (2分)互斥是指不但不能同时用,谁先用谁后用也有严格约束A.错B.对总分8第1部分12345Copyright © 2003-现在Zhihuishu. All rights reserved.沪ICP备10007183号-5沪公网备31010402003974号电子营业执照计算机操作系统在线学堂•得分:10••评语:••名称计算机操作系统•成绩类型百分制•截止时间2022-07-22 23:59•题目数5•总分数10说明第一次见面课课后测验提示:选择题选项顺序为随机排列•第1部分•总题数:51【单选题】 (2分)以下关于进程的表述错误的是A.进程具有独立性,进程是分配资源和参与CPU调度的独立单位B.进程具有动态性,操作系统为了描述和管理程序动态的执行过程才引入了“进程”C.进程是一个程序的一次动态执行过程,进程由要执行的代码和要处理的数据组成D.进程具有并发性和异步性,每个进程的推进速度都是不可预知的2【单选题】 (2分)下列哪一种进程状态转换是不可能的A.阻塞态→运行态B.就绪态→运行态C.运行态→就绪态D.运行态→阻塞态3【判断题】 (2分)进程是按异步方式运行的,即,它的推进速度是不可预知的A.对B.错4【判断题】 (2分)一个进程由程序代码、数据集和进程控制块TCB组成。

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; }

利用信号量和PV操作实现进程互斥和同步问题

利用信号量和PV操作实现进程互斥和同步问题

临界区; 临界区; 临界区;
V(S); V(S); V(S);
…… …… …… ……
V(S):①将信号量S的值加1,即S=S+1;
②如果S>0,则该进程继续执行;否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
PV操作的意义:我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。
什么是信号量?信号量(semaphore)的数据结构为一个值和一个指针,指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时,表示当前可用资源的数量;当它的值小于0时,其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意,信号量的值仅能由PV操作来改变。
在计算机操作系统中,PV操作是进程管理中的难点。
首先应弄清PV操作的含义:PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下:
P(S):①将信号量S的值减1,即S=S-1;
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②如果S>=0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。
一般来说,信号量S>=0时,S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源,因此S的值减1;当S<0时,表示已经没有可用资源,请求者必须等待别的进程释放该类资源,它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源,因此S的值加1;若S=<0,表示有某些进程正在等待该资源,因此要唤醒一个等待状态的进程,使之运行下去。
其中信号量S用于互斥,初值为1。
使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是:
(1)每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现,先做P操作,进临界区,后做V操作,出临界区。若有多个分支,要认真检查其成对性。

互斥与同步

互斥与同步

互斥与同步介绍互斥与同步是计算机科学中重要的概念,用于解决多任务并发执行时可能出现的数据竞争和资源冲突问题。

互斥指的是一段代码或一段逻辑在同一时间只能由一个线程或进程访问,而同步则是指多个线程或进程之间按照一定顺序进行协调和通信。

在多线程或多进程环境中,互斥与同步是必不可少的。

正确的使用互斥和同步机制可以保证程序的正确性和可靠性,同时提高系统的性能和资源利用率。

本文将详细探讨互斥与同步的概念、实现方法以及在不同场景下的应用。

互斥概念互斥的定义互斥是指多个并发执行的线程在访问共享资源时遵循一种规则,以防止彼此产生冲突。

互斥机制通常使用互斥量或锁来实现,通过对共享资源进行加锁和解锁操作,确保每一时刻只有一个线程可以访问该资源。

互斥的目的互斥的目的是保护共享资源,避免数据竞争和资源冲突。

当多个线程同时对共享资源进行读写时,如果没有互斥机制的保护,可能会导致数据不一致或错误的结果。

互斥的实现方式互斥可以通过互斥量、信号量和自旋锁等方式来实现。

互斥量互斥量是一种计数信号量,其内部维护一个资源和一个等待队列。

当一个线程请求互斥量时,如果资源没有被占用,则线程可以获得互斥量并将其标记为占用状态;如果资源已经被占用,则线程将被阻塞,加入到等待队列中,直到资源被释放。

信号量是一种标识资源可用数量的计数器。

当一个线程请求信号量时,如果计数器大于零,则线程可以继续执行;如果计数器等于零,则线程将被阻塞,直到计数器大于零。

自旋锁自旋锁是一种忙等待的锁机制,它不会使线程阻塞,而是通过循环不断地尝试获取锁。

自旋锁适用于锁定时间短、竞争激烈的情况,避免了线程切换的开销。

同步概念同步的定义同步是指多个线程或进程之间按照一定的顺序进行协调和通信,以共同完成任务。

同步机制可以保证多个线程或进程的操作按照一定的规则和顺序执行,避免产生不一致或错误的结果。

同步的目的同步的目的是保证程序的正确性和可靠性。

当多个线程或进程同时执行时,如果没有同步机制的控制,可能会导致竞争条件和数据不一致。

计算机操作系统-陆丽娜-课后答案第四章

计算机操作系统-陆丽娜-课后答案第四章

14. 设 N 为整型数,初始值为 3,两个并发进程 A 和 B 的程序如下:
process A
process B
do{ N=N+5; }
do{ print(N);
N=0;
} 若 process A 先执行了三个循环后,process A 和 process B 又并发执
行了一个循环,写出可能出现的打印值。请用 P、V 操作实现同步, 使两并发进程能正确执行。
量 S1 和 S2 初值均为 0。试问 P1、P2 并发执行后,x、y 的值各为多 少?
P1:
P2:
begin
begin
y:=1;
x:=1;
y:=y+3;
x:=x+5;
V(S1);
P(S1);
z:=y+1;
x:=x+y;
P(S2);
V(S2);
y:=z+y
end
z:=z+x;
end 答:x=10 y=9 z=15
9. 列举死锁的各种预防策略。 答: 静态分配资源策略:要求每一个进程在开始执行前就要申请它所需要 的全部资源,仅当系统能满足进程的资源申请要求时才把资源分配给 进程,该进程才能开始执行(注意,所有并发执行的进程要求的资源 总和不能超过系统拥有的资源数)。(破坏第二个条件)
按序分配资源策略:把系统中所有资源排一个顺序,对每一个资源给 一个确定的编号,规定任何一个进程申请两个以上资源时总是先申请 编号小的资源,后申请编号大的资源(或者先申请编号大的,后申请 编号小的资源)。系统按进程对资源的申请顺序来分配资源。按序分 配策略将阻止死锁 的第四个条件(循环等待条件)的出现。
end
Ⅱ 单项选择题

操作系统进程的定义

操作系统进程的定义

操作系统进程的定义操作系统进程的定义1.引言在计算机系统中,进程是操作系统进行任务调度和资源管理的基本单位。

本文将介绍操作系统进程的定义及相关概念。

2.进程的概念2.1 进程的定义进程可以被定义为正在执行的程序实例。

每个进程都有自己的地质空间、内存和资源使用情况等属性,并且可以独立地执行和运行。

2.2 进程的特征进程具有以下特征:- 动态性:进程是动态和消亡的,可以动态地创建、终止和切换。

- 并发性:多个进程可以同时运行,实现操作系统的并发执行。

- 独立性:进程之间是独立的,相互之间不会干扰彼此的执行。

- 异步性:进程是独立运行的,它们的执行速度不受外部事件的干扰。

- 结构性:进程由程序、数据和资源组成,具有结构性。

3.进程的状态进程在运行过程中会有不同的状态,常见的进程状态包括:3.1 创建状态:进程正在被创建,但尚未开始执行。

3.2 就绪状态:进程已经准备好运行,正在等待分配CPU资源。

3.3 运行状态:进程正在执行中,占用CPU资源。

3.4 阻塞状态:进程由于某些原因无法继续执行,暂时阻塞。

3.5 终止状态:进程执行完成或被终止,进程即将结束。

4.进程的调度进程调度是操作系统的重要功能,通过调度算法将就绪状态的进程分配给CPU进行执行,并根据优先级和进程的状态进行相应的调度操作。

5.进程间的通信5.1 进程间通信的定义进程间通信(IPC)是指在进程间传输数据或共享信息,实现进程之间的协作和资源共享。

5.2 进程间通信的方式常见的进程间通信方式包括共享内存、消息传递、管道、信号量和套接字等。

6.进程的同步与互斥为了确保进程间数据的一致性,需要进行进程的同步与互斥控制。

同步是指协调进程之间的执行顺序,互斥是指防止多个进程同时访问共享资源。

7.附件本文档无涉及附件。

8.法律名词及注释8.1 进程:指操作系统中正在执行的程序实例。

8.2 地质空间:进程的内存地质范围,用于存储程序和数据。

8.3 资源:进程所需的各种系统资源,如CPU、内存、文件等。

计算机操作系统pv操作

计算机操作系统pv操作

引言概述计算机操作系统中的PV操作是进程同步和互斥的重要手段,用于解决多个进程共享资源时可能引发的竞争条件和死锁问题。

PV操作是通过对进程间的信号量进行操作来实现的。

本文将详细介绍PV 操作的定义、原理和应用场景,并通过分析五个大点来深入探讨PV 操作的实现和特性。

正文内容一、PV操作的定义和原理1.PV操作简介:PV操作是一种用于进程间同步和互斥的机制,主要包括两个操作——P操作(等待)和V操作(发出信号)。

2.P操作原理:进程执行P操作时,会判断信号量的值是否大于0,若大于0则将其减一;若等于0则进程被阻塞,等待信号量的值大于0。

3.V操作原理:进程执行V操作时,会将信号量的值加一;如果有阻塞的进程,会唤醒其中一个进程。

4.PV操作的互斥性:PV操作可以实现进程对共享资源的互斥保护,即只允许一个进程访问资源。

5.PV操作的同步性:PV操作可以实现进程之间的同步,即某个进程需要等待其他进程执行完相应操作后再进行操作。

二、PV操作的应用场景1.生产者消费者问题:通过使用信号量来解决生产者和消费者之间的同步和互斥问题,确保生产者和消费者能够正确地访问共享缓冲区。

2.读者写者问题:通过使用信号量来解决多个读者和一个写者之间的同步和互斥问题,确保读者和写者能够正确地访问共享资源。

3.互斥访问共享资源:通过使用信号量来保证多个进程对共享资源的互斥访问,防止竞争条件的发生。

4.进程间的消息传递:通过使用信号量来实现进程间的同步和消息传递,确保消息的正确发送和接收。

5.进程的顺序执行:通过使用信号量来控制进程的执行顺序,确保某些进程按照特定的顺序执行。

三、PV操作的实现方式1.信号量的定义和初始化:在操作系统中,信号量是由一个整数值和一个相关的进程等待队列组成。

需要在创建信号量时对其进行初始化。

2.P操作的实现:P操作需要对信号量的值进行判断,若大于0则执行减一操作;若等于0则将进程加入等待队列,进入阻塞状态。

操作系统精髓与设计原理-第5章 并发性_互斥和同步

操作系统精髓与设计原理-第5章 并发性_互斥和同步

第五章并发性:互斥和同步复习题:5.1列出与并发相关的四种设计问题答:进程间的交互,共享资源之间的竞争,多个进程的同步问题,对进程的处理器时间分配问题5.2列出并发的三种上下文答:多个应用程序,结构化应用程序,操作系统结构5.3执行并发进程的最基本要求是什么?答:加强互斥的能力5.4列出进程间的三种互相知道的程度,并简单地给出各自的定义。

答:进程间互相不知道对方:这是一些独立的进程,他们不会一起工作。

进程间间接知道对方:这些进程并不需要知道对方的进程ID号,但他们共享访问某些对象,如一个I/O缓冲区。

进程间直接知道对方:这些进程可以通过进程ID号互相通信,用于合作完成某些活动。

5.5竞争进程和合作进程进程间有什么区别。

答:竞争进程需要同时访问相同的资源,像磁盘,文件或打印机。

合作进程要么共享访问一个共有的资源,像一个内存访问区,要么就与其他进程相互通信,在一些应用程序或活动上进行合作。

5.6列出与竞争进程相关的三种控制问题,并简单地给出各自的定义。

答:互斥:竞争进程仅可以访问一个临界资源(一次仅有一个进程可以访问临界资源),并发机制必须满足一次只有一个进程可以访问临界资源这个规则。

死锁:如果竞争进程需要唯一的访问多于一个资源,并且当一个进程控制着一个进程,且在等待另一个进程,死锁可能发生。

饥饿:一组进程的一个可能会无限期地拒绝进入到一个需要资源,因为其他成员组成垄断这个资源。

5.7列出对互斥的要求。

答:1.必须强制实施互斥:在具有关于相同资源或共享对象的临界区的所有进程中,一次只允许一个进程进入临界区。

2.一个在临界区停止的进程必须不干涉其他进程。

3.绝不允许出现一个需要访问临界区的进程被无限延迟的情况,即不会饿死或饥饿。

4.当没有进程在临界区中时,任何需要进入临界区的进程必须能够立即进入。

5.对相关进程的速度和处理器的数目没有任何要求和限制。

6.一个进程驻留在临界区中的时间是有限的。

5.8在信号量上可以执行什么操作。

操作系统实验报告——进程同步与互斥

操作系统实验报告——进程同步与互斥

操作系统实验报告——进程同步与互斥一、实验内容本实验主要内容是通过编写程序来实现进程的同步与互斥。

具体来说,是通过使用信号量来实现不同进程之间的同步和互斥。

我们将编写两个进程,一个进程负责打印奇数,另一个进程负责打印偶数,两个进程交替打印,要求打印的数字从1开始,直到100结束。

二、实验原理进程的同步是指多个进程之间按照一定的顺序执行,进程之间互相等待的关系。

而进程的互斥是指多个进程竞争同一个资源,需要通过其中一种方式来避免同时访问共享资源,以免造成数据错乱。

在本实验中,我们使用信号量来实现进程的同步与互斥。

信号量是一个计数器,用于表示一些共享资源的可用数量。

进程在访问共享资源时,需要先对信号量进行操作,当信号量大于0时,表示资源可用,进程可以访问;当信号量等于0时,表示资源不可用,进程需要等待。

进程同步的实现可以通过信号量的P操作与V操作来完成。

P操作用于申请资源,当资源可用时,将计数器减一,并进入临界区;V操作用于释放资源,当资源使用完毕时,将计数器加一,使等待资源的进程能够申请。

进程互斥的实现可以通过信号量的P操作与V操作结合临界区来完成。

当多个进程需要访问共享资源时,需要先进行P操作,进入临界区,访问完毕后进行V操作,离开临界区。

三、实验步骤1.首先,我们需要创建两个进程,一个进程负责打印奇数,另一个进程负责打印偶数。

2. 然后,我们创建一个共享变量count,用来记录打印的数字。

3. 接着,我们创建两个信号量odd和even,用来控制进程的同步与互斥。

odd信号量初始值为1,表示打印奇数的进程可以访问;even信号量初始值为0,表示打印偶数的进程需要等待。

4.编写奇数打印进程的代码,首先进行P操作,判断奇数信号量是否大于0,如果大于0,表示可以打印奇数。

5. 如果可以打印奇数,将count加一,并输出当前的奇数,然后进行V操作,释放偶数打印进程的等待。

6.同样的,编写偶数打印进程的代码,首先进行P操作,判断偶数信号量是否大于0,如果大于0,表示可以打印偶数。

操作系统进程管理实验报告

操作系统进程管理实验报告

操作系统进程管理实验报告操作系统进程管理实验报告引言:操作系统是计算机系统中最核心的软件之一,它负责管理计算机硬件和软件资源,提供良好的用户体验和高效的计算服务。

其中,进程管理是操作系统的重要功能之一,它负责管理和调度计算机中的各个进程,确保它们能够有序地运行,并且能够合理地利用计算机资源。

本实验旨在通过实际操作,深入了解操作系统的进程管理机制,并通过编写简单的进程管理程序,加深对进程管理的理解。

一、实验目的本实验的主要目的是通过编写简单的进程管理程序,加深对操作系统进程管理机制的理解。

具体来说,我们将实现以下功能:1. 创建进程:能够创建新的进程,并为其分配资源。

2. 进程调度:能够根据进程的优先级和调度算法,合理地调度进程的执行顺序。

3. 进程同步:能够实现进程间的同步与互斥,避免资源竞争和死锁问题。

二、实验环境和工具本实验使用的实验环境和工具如下:1. 操作系统:Windows 102. 编程语言:C++3. 开发工具:Visual Studio 2019三、实验过程和结果1. 进程创建在实验中,我们首先实现了进程的创建功能。

通过调用操作系统提供的系统调用接口,我们能够创建新的进程,并为其分配资源。

具体的实现过程涉及到进程控制块(PCB)的创建和初始化,以及资源的分配和管理。

通过编写测试程序,我们成功创建了多个进程,并验证了进程创建功能的正确性。

2. 进程调度进程调度是操作系统中非常重要的功能之一,它决定了进程的执行顺序和时间片的分配。

在实验中,我们实现了简单的进程调度算法,采用了轮转调度算法。

通过设计合适的数据结构和算法,我们能够按照一定的优先级和时间片大小,合理地安排进程的执行顺序。

通过编写测试程序,我们验证了进程调度功能的正确性。

3. 进程同步在多进程环境下,进程间的同步与互斥是非常重要的问题。

在实验中,我们实现了进程同步功能,通过使用信号量和互斥锁,实现了进程间的同步与互斥。

通过编写测试程序,我们验证了进程同步功能的正确性,并且能够避免资源竞争和死锁问题。

操作系统 进程管理三互斥和同步二

操作系统 进程管理三互斥和同步二

while TS(&lock); critical section lock = FALSE; remainder section
• 利用TS实现进程互斥:每个临界资源设置一个 公共布尔变量lock,初值为FALSE • 在进入区利用TS进行检查:有进程在临界区时, 重复检查;直到其它进程退出时,检查通过;
Test-and-Set指令
该指令读出标志后设置为TRUE boolean TS(boolean *lock) { boolean old; old = *lock; *lock = TRUE; return old; } lock表示资源的两种状态:TRUE表示正被占用, FALSE表示空闲
6
互斥算法(TS指令)
记录型信号量和wait、signal原语
• 信号量是一个确定的二元组(value, L), value 是一个具有非负初值的整型变量,L 是 一个初始状态为空的队列。 • value代表资源的实体。在实际应用中应准确地说
明s的意义和初值;
– 初始化指定一个非负整数值,表示空闲资源总数(又称为―资源信号 量‖)--若为非负值表示当前的空闲资源数,若为负值其绝对值表示 当前等待临界区的进程数
第n个缓冲区
•Empty:有多少空缓冲区,初值为n; •Full:有多少带数据的缓冲区,初值 为0
B[n-1]
生产者消费者问题(续4)
4 用信号量实现进程的同步--生产者-消费者问题
• 我们把上面的例子扩 充,假定缓冲区 buffer 是 一 个 有 界 缓 冲 区, 可存放 n 个数据,同时 假 定 有 n 个 CP 进 程 不 断地产生数据,并送 buffer ; 有 m 个 IOP 进 程 从缓 冲区 中 取数 据 打印。 • 在我们生活中有很多 这样的例子。

操作系统:进程线程同步的方式和机制,进程间通信

操作系统:进程线程同步的方式和机制,进程间通信

操作系统:进程/线程同步的方式和机制,进程间通信一、进程/线程间同步机制。

临界区、互斥区、事件、信号量四种方式临界区(Critical Section)、互斥量(Mutex)、信号量(Semaphore)、事件(Eve nt)的区别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。

在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问,如果有多个线程试图访问公共资源,那么在有一个线程进入后,其他试图访问公共资源的线程将被挂起,并一直等到进入临界区的线程离开,临界区在被释放后,其他线程才可以抢占。

2、互斥量:采用互斥对象机制。

只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限,因为互斥对象只有一个,所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。

互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享,还能实现不同应用程序的公共资源安全共享 .互斥量比临界区复杂。

因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享,而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。

3、信号量:它允许多个线程在同一时刻访问同一资源,但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目 .信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同,信号允许多个线程同时使用共享资源,这与操作系统中的PV操作相同。

它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。

它允许多个线程在同一时刻访问同一资源,但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。

信号量S是一个整数,S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数,但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。

P操作申请资源:(1)S减1;(2)若S减1后仍大于等于零,则进程继续执行;(3)若S减1后小于零,则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中,然后转入进程调度。

V操作释放资源:(1)S加1;(2)若相加结果大于零,则进程继续执行;(3)若相加结果小于等于零,则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程,然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。

操作系统中的进程间通信与同步机制

操作系统中的进程间通信与同步机制

操作系统中的进程间通信与同步机制在计算机领域中,操作系统是一个必不可少的软件,它管理着计算机硬件和软件资源,并且为用户和应用程序提供了一个运行环境。

而进程是操作系统中执行中的程序实例,它是计算机资源分配、调度和执行的基本单位。

在一个操作系统中,多个进程常常需要进行通信和同步,以便进行数据传递和协调工作。

本文将讨论操作系统中的进程间通信与同步机制。

一、进程间通信(IPC)进程间通信,简称IPC(Inter-Process Communication),是指不同进程之间相互交换数据和信息的一种机制。

它允许进程之间共享资源、传递消息和协调活动。

在操作系统中,有几种常见的IPC机制,包括管道、共享内存、消息队列和套接字等。

1. 管道(Pipe)管道是一种最简单的进程间通信机制,它创建了一个字节流管道,一个进程的输出可以直接作为另一个进程的输入。

在Unix/Linux系统中,使用pipe()系统调用创建一个管道,典型的管道用法是通过fork()系统调用创建一个子进程,其中一个进程通过管道向另一个进程传递数据。

2. 共享内存(Shared Memory)共享内存是一种进程间通信的高效机制,它允许多个进程访问同一个内存区域,从而实现数据的共享。

在操作系统中,使用共享内存可以显著提高进程间通信的速度。

常见的共享内存接口包括shmget、shmat和shmdt等。

3. 消息队列(Message Queue)消息队列是一种进程间通信的方式,它通过在消息队列中传递和接收消息来实现进程间的数据交换。

在操作系统中,消息队列常用于解决生产者-消费者问题,其中一个进程将数据发送到消息队列,另一个进程从消息队列中接收数据。

4. 套接字(Socket)套接字是一种进程间通信的通用机制,它允许不同计算机上的进程通过网络进行通信。

套接字可以进行不同类型的通信,包括面向连接的socket和面向无连接的socket。

在操作系统中,套接字常用于实现分布式系统和网络应用程序。

操作系统pv操作

操作系统pv操作

引言概述:正文内容:一、概念介绍1.pv操作的定义及由来:pv操作是一种用于进程间同步和互斥的操作,其中p表示“pass”(等待)操作,v表示“vacate”(释放)操作。

它最早由Dijkstra在1965年提出,并被广泛应用于操作系统中的进程间通信。

2.信号量的概念及与pv操作的关系:信号量是一种计数器,用于同步和互斥。

pv操作是通过操作信号量来实现进程间的同步与互斥,其中p操作用于申请资源时的等待,v操作用于释放资源。

3.pv操作的作用:pv操作允许进程进行同步和互斥操作,保证资源的正确访问顺序,避免竞态条件和死锁问题。

二、pv操作的使用场景1.生产者消费者问题:在多线程或多进程环境下,生产者和消费者之间的数据通信和同步是一个常见的问题。

pv操作可以用来同步生产者和消费者的操作,确保生产者和消费者的操作顺序正确。

2.进程间互斥访问共享资源:当多个进程需要同时访问某个共享资源时,需要使用pv操作来进行互斥操作,避免多个进程同时访问导致数据不一致的问题。

3.进程间信号通知:pv操作也可以用于进程间的信号通知,例如一个进程等待某个事件的触发,另一个进程通过v操作来触发该事件。

4.进程管道通信:pv操作也可以用于进程之间通过管道进行通信,通过p操作来等待管道中有数据可读,通过v操作来通知管道中有新数据写入。

5.进程调度和同步:操作系统中的进程调度和同步往往需要使用pv操作来保证进程的正确执行顺序和互斥性。

三、pv操作的实现原理与方法1.pv操作的实现原理:pv操作的实现通常依赖于操作系统中的信号量机制。

当一个进程进行p操作时,它会尝试将指定的信号量值减1,若结果为负,则表示资源不可用,该进程会被阻塞。

当一个进程进行v操作时,它会将指定的信号量值加1,并唤醒一个等待中的进程。

2.pv操作的实现方法:pv操作可以通过系统调用来进行实现,例如在Unixlike系统中,可以使用semop()系统调用来进行pv操作。

操作系统中进程同步与互斥思政教学设计

操作系统中进程同步与互斥思政教学设计
临界资源与临界区,进程同步与互斥的关系,信号量
机制等内容。对进程同步与互斥的异同点进行提问
图3
案例解答
为了检测学生的学习情况,利用蓝墨云班课,对
进程同步与互斥的内容进行了在线测试。测试结果
如图 4 所示。
并类比分析,加深学生对进程同步与互斥的理解。要
引 导 学 生 有 认 真 的 学 习 态 度 、培 养 学 生 脚 踏 实 地 、
立正确的人生观、价值观和世界观。
图2
教学案例
在学生给出案例初始解决方法的过程中,要求学
生独立思考、自主分析问题、积极探索求解的方法。
主要使用案例式和启发式相结合的教学方式。培养
学生独立自主探索问题求解方法的能力。
⑵ 目标(Objective)
教师围绕进程同步与互斥的课程目标,采用互动
式与类比式共用的方法讲解进程同步与互斥的概念,
本次测试的平均分为 82.1 分,
较好地达到了教学目标。
⑹ 小结(Summary)
对进程同步与互斥的内容进行总结,强调进程同
步与互斥的联系与区别,使学生能够灵活运用信号量
机制解决现实中进程同步与互斥的问题。同时要求
学生查阅相关文献资料,自主编写操作系统中用于实
现进程同步与互斥的程序,并在虚拟机上调试分析运
teaching result.
Key words: domestic operating system; ideological and political elements; BOPPPS model; process synchronization and mutual
exclusion
1 操作系统课程蕴含的思政元素
然后小组集体讨论评议每种方法的优缺点,最后评议

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进程或线程的同步与互斥是计算机操作系统中重要的概念,用于控制多个进程或线程之间的访问共享资源。

下面将介绍四种常用的进程或线程同步互斥的控制方法。

1. 互斥锁(Mutex):互斥锁是最常用的同步互斥控制方法之一、当一些进程或线程获得了互斥锁后,其他进程或线程就无法获得该锁,只能等待锁的释放。

只有当获得互斥锁的进程或线程执行完毕后,才能释放锁,让其他进程或线程继续执行。

这种方式可以有效避免多个进程或线程同时访问共享资源而导致的冲突。

2. 信号量(Semaphore):信号量是一种更加复杂的同步互斥控制方法。

信号量可以通过一个整型变量值来表示可用资源的数量。

当一个进程或线程需要访问共享资源时,首先会尝试获取信号量。

如果信号量的值大于0,则获取成功,可以继续执行;如果信号量的值等于0,则获取失败,进程或线程需要阻塞等待其他进程或线程释放信号量。

当进程或线程完成对共享资源的访问后,会释放信号量,使得其他进程或线程可以获取到它。

3. 条件变量(Condition Variable):条件变量是一种比较高级的同步互斥控制方法。

条件变量不是用来保护共享资源的访问的,而是用来等待其中一种条件的发生。

当一个进程或线程需要等待其中一种条件满足时,会通过条件变量进行阻塞。

当条件满足后,其他进程或线程可以通过条件变量发送信号来唤醒等待的进程或线程。

4. 屏障(Barrier):屏障是一种用于同步多个进程或线程的控制方法。

屏障会将进程或线程分为多个阶段,并在每个阶段结束时设置一个屏障。

当一个进程或线程到达屏障时,它会阻塞等待其他进程或线程到达。

只有当所有进程或线程都到达了屏障,才会释放它们,继续执行下一个阶段。

屏障可以用于控制多个任务的执行顺序,保证它们在一定时刻到达同一个点。

这四种方法都是常见的进程或线程同步互斥的控制方法,每种方法都有自己的适用场景和实现方式。

根据具体的应用需求和系统架构,可以选择合适的方法来实现进程或线程的同步与互斥。

操作系统进程同步与互斥实验报告0204192337

操作系统进程同步与互斥实验报告0204192337

学生实验报告姓名:年级专业班级学号成绩#define N 1 //N定义为临界资源!printf("请输入三个进程:\n"); //初始状态为:临界资源处于空闲状态!loop:scanf("%d %d %d",&a,&b,&c); //输入的进程名为:a,b,c!进程名输入的先后代表进程的访问顺序!if(a==N) //判断进程a是否占据临界资源!若a==N,表明a访问临界资源!{printf("a=%d\n",a); //a正在访问临界资源!printf("b=0,c=0\n"); //b,c不能进入自己的临界区,需等待a释放临界资源!printf(“临界资源正在被进程a访问,进程b,c必须等待.\n”);}else if(b==N){printf("b=%d\n",b); //b正在访问临界资源!printf("a=0,c=0\n"); //a,c不能进入自己的临界区,需等待b释放临界资源!printf(“临界资源正在被进程b访问,进程a,c必须等待.\n”);}5.编译链接所编写的程序,在编译正确的情况下执行程序.6.记录程序执行的结果(如下图所示).注意:初始状态为:临界资源处于空闲状20 10年12 月16 日【实验结果或总结】(对实验结果进行相应分析,或总结实验的心得体会,并提出实验的改进意见)1.进程a,b,c分别访问临界资源时程序执行的结果如下.(a) (b) (c)2.该程序初始化N为临界资源,根据输入a,b,c,的值是否等于N来判断进程分别是否进入自己的临界区。

当a=N 表明进程a正在访问临界资源。

此时程序执行的输出为:a=1,b=c=0表示进程b,c不能进入自己的临界区。

3.该程序能较好地体现程序并发执行时的一种制约关系-互斥,但不能较好的反映进程的同步关系,所以该算法有待改进,用以同时实现进程的同步和互斥。

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进程间互斥与同步
实验内容:
编写算法,实现进程间对临界资源的互斥访问以及进程间的同步关系。

实验要求:
1、要求进程互斥使用文本文件;
2、假定文本文件txt1最大可写入30个字符;
3、写满后复制进程将文本文件的内容复制到另一个文本文件txt2中(无长度限制)。

4、复制进程复制完毕写入进程可再重新写入,重复执行3,4,直到给出停止命令。

5、实现进程间的同步和互斥。

代码:
#include<iostream>
#include<cstdio>//stdio.h
#include<cstdlib>//函数库
#include<unistd.h>//linux/unix的系统调用
#include<sys/sem.h>//信号量
#include<errno.h>
using namespace std;
typedef union _semnu{
int val;
struct semid_ds *buf;
ushort *array;
}semun;
//v操作
void v(int &sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num=0;
sem_b.sem_op=1;
sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;
if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)
{
cout<<"error"<<endl;
exit(0);
}
}
//p操作
void p(int &sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num=0;
sem_b.sem_op=-1;
sem_b.sem_flg=SEM_UNDO;
if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)
{
cout<<"error"<<endl;
exit(0);
}
}
//设置信号量初值
void set(int sem_id,int val=1)
{
semun sem_un;
sem_un.val=val;
if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_un)==-1)
{
if(errno==EEXIST)
cout<<"exist"<<endl;
cout<<"set"<<val<<"error"<<endl;
exit(0);
}
}
void del(int sem_id)
{
semun sem_un;
if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_un)==-1)
cout<<"error"<<endl;
}
int main()
{
//互斥量
int sem_mutex=semget((key_t)8888,1,IPC_CREAT);
set(sem_mutexk,1);
int sem_full=semget((key_t)1234,1,IPC_CREAT);
cout<<sem_full<<endl;
//set semaphore full
set(sem_full,0);
int sem_empty=semget((key_t)1235,1,IPC_CREAT);
cout<<sem_empty<<endl;
//set semaphore emtpy
set(sem_empty,1);
FILE *fp1=fopen("./txt1","w");
FILE *fp2=fopen("./txt1","r");
FILE *fp3=fopen("./txt2","w");
pid_t id=fork();
if(id>0)//parent
{
//produce
//p(empty)
//
//v(full)
for(int i=0;i<5;i++)
{
p(sem_empty);
p(sem_mutex);//锁定临界区
cout<<"writing... "<<i<<endl;
fseek(fp1,0,SEEK_SET);
fputs("QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM1234",fp1); fflush(fp1);
sleep(1);
cout<<"write done"<<endl;
v(sem_mutex);
v(sem_full);
}
fclose(fp1);
cout<<"txt2:"<<endl;
system("cat txt2 \n");
}else if(id==0)
{
//consume
//p(full)
//
//v(empty)
char buf[32];
buf[31]='\0';
fill(buf,buf+20,0);
for(int i=0;i<5;i++)
{
p(sem_full);
p(sem_mutex);//锁定临界区
cout<<"reading... "<<i<<endl;
fseek(fp2,0,SEEK_SET);
fgets(buf,30,fp2);
fputs(buf,fp3);
fflush(fp3); //由于缓冲方式的影响,30个字符不会立刻读取到buf 中,需要fflush
cout<<buf<<endl;
cout<<"read done"<<endl;
cout<<endl;
sleep(1);
v(sem_mutex);
v(sem_empty);
}
fclose(fp2);
fclose(fp3);
exit(0);
}else//error
{
cout<<"创建子进程失败!"<<endl;
exit(0);
}
// del(sem_full);
// del(sem_empty);
return0;
}
输出结果:
//注意要以root用户运行程序
196608
229377
writing 0
write done
reading 0
QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM123
read done
writing (1)
write done
reading (1)
QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM123 read done
writing (2)
write done
reading (2)
QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM123 read done
writing (3)
write done
reading (3)
QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM123 read done
writing (4)
write done
txt2:
reading (4)
QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM123 read done。

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