进程和同步及通信,进程死锁

Parend；
1）并发语句示例 1
Parbegin read（a）； read（b）；
Parend； c= a+b； write（c）；
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2）并发语句示例2
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; }
实现的两种方法： 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。
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与进程相关的系统调用
UN下系统调用：
fork（）：创建一个新进程。 (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。也就是说不 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;
执行。 操作系统核心程序也要尽可能地并发运行
S1
S2
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： Read (a)； Read (b)； c = a + b； Write (c)
Read（a）和Read（b）两个语句可并行 执行。
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识别程序中的并发成分有两种方法：
M=count
N=N+100
M=M-200
count=N
count=M
…
…
如果按以下次序占处理机运行:
N=count,N=N+100; M=count,M=M-200,count=M; count=N. 结果count=400(应为200)*
4.1 并发执行实现
并发的需要
操作系统应尽量支持用户态程序最大限度地并发执行。 程序设计要利用OS对并发运行的支持，安排事务并发
程序员写顺序程序，用识别工具识别 并发成分。再组织使用操作系统的并 发机制。
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， 由编译系统安排并发；
➢ 直接利用操作系统的系统调用。
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并发程序设计语言 --- 并发语句
它是一种高级语言； 语法形式：
Parbegin
S1；S2； …Sn；
失去封闭性：多个程序共享系统中的各种资源，资源的状
态将由多个程序改变，失去封闭性。一个程序执行时，会受 到其他程序的影响。
不可再现性（待续）
计算机操作系统
并发与共享的问题：并行程序访问共享数据 问题举例:(count为共享变量初值=300)
Program A: …
Program B:…
N=count
第4章 进程的同步与通信、进程死锁
主要内容：并发执行，临界段，信号量，经 典进程同步问题，消息传递原理，死锁。 重点：临界段、同步、互斥的概念；信号量 的概念和物理意义；消息传递的原理，死锁 的概念。 难点：信号量解决进程同步与互斥的方法， 死锁防止、避免。
1
1. 程序的顺序执行
前趋图：用于描述一个程序的各部分（
程序段或语句）间的执行顺序关系，或
s1
者是一个大的计算各子任务间的因果关 系。
1）是一个有向无循环图；
s2
s3
s4
2）图的结点对应程序中的一条语句、 s5 s6 一个程序段或一个进程；
3）结点间的有向边：表示两个结点之 s7
间存在的偏序或前趋关系 “→”；
计算机操作系统
1. 程序的顺序执行
指各程序段按照某种先后次序执行，仅当
waitpid（pid，…）：等待pid所指定的进 程结束。
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多进程实现前述的读写并发程序
pid = fork（ ） if pid = = 0 then
{ read（b）； exit（0）；}
else read（a）； wait（&status）； c = a+b； write（c）；
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4.2 进程的同步与互斥
优点:
并发语句的结构化特征非常好。
缺点：
存在着描述能力不强的缺点，即 存在着用Parbegin/Parend语句无 法描述的并发优先关系。
改进手段：
write(G,r); }
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。
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4.1.2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 发执行，需要通过OS支持的进程机制。
(2) 父进程fork（）调用的返回值是子进程 的进程标识pid； (3) 子进程fork（）调用的返回值是0。
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exit（status）：进程结束。该系统调用发 出后，操作系统将从系统中删除调用exit的 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。 (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 （status）时的status值送到&status指针 所指单元中。 (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
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例1同步关系
S1
进程P1依次运行S1，
S2，S4，S5，S7；
S2
S3 进程P2依次运行S3，
S6
S4
序（或程序段）的执行尚未结束，另一个程序（或程序
段）的执行已经开始。
I1
I2
I3
C1
C2
C3
若顺序执行三个作业
共需要9（3*3）分钟 并行执行三个作业只
P1
P2
P3
需要5（5/3*3）分钟
计算机操作系统
程序并发执行的特点：
间断性：并发程序由于共享资源或为完成同一项任务而相
互合作，形成相互制约关系。
前一个操作执行完后才能执行后继操作。
I1
C1
P1
I2
C2
P2
图3-2 程序顺序执行时的前趋图
其中I、C、P分别表示输入、计算和打印操作
顺序执行的特点：顺序性，封闭性，可再现性
计算机操作系统
2. 程序的并发执行
概念：若干个程序（或程序段）同时在系统中运行，这
些程序（或程序段）的执行在时间上是重叠的，一个程
同步关系（直接制约）：为了完成一个共同任务，相 互协作的几个进程需要在某些确定点上协调他们的工 作，等待来自其它进程的信息，以调整它们的推进速 度，方可顺利执行完毕。
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 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；