进程同步与互斥(进程同步与互斥问题)
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
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。
进程的同步与互斥实验报告
进程的同步与互斥实验报告1.实验目的进程（线程）的同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，本实验旨在通过实际操作，加深对这些概念的理解和掌握。
通过编写多个进程（线程），并在其间进行同步与互斥操作，验证同步与互斥的实际效果。
2.实验环境本实验在Linux系统下进行，使用C/C++语言编程。
3.实验内容3.1同步在实验中，我们编写了两个进程A和B，这两个进程需要按照特定的顺序执行。
为了实现同步，我们使用信号量机制来确保进程A和B按照正确的顺序执行。
3.2互斥在实验中，我们编写了多个进程C和D，这些进程需要同时对一个共享资源进行访问。
为了实现互斥，我们使用互斥锁机制来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
4.实验过程4.1同步实验编写进程A和进程B的代码，使用信号量机制实现同步。
进程A先运行，然后通过信号量唤醒进程B，进程B再开始执行。
通过观察进程的运行顺序，验证同步机制是否起作用。
4.2互斥实验编写进程C和进程D的代码，使用互斥锁机制实现互斥。
进程C和进程D同时对一个共享资源进行访问，通过互斥锁来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
观察进程的输出结果，验证互斥机制是否起作用。
5.实验结果5.1同步实验结果进程A开始执行进程A执行完毕进程B开始执行进程B执行完毕5.2互斥实验结果进程C开始执行进程C访问共享资源进程C执行完毕进程D开始执行进程D访问共享资源进程D执行完毕6.实验分析通过上述结果可以看出，同步实验中进程A和进程B按照正确的顺序执行，证明了同步机制的有效性。
互斥实验中进程C和进程D能够正确地交替访问共享资源，证明了互斥机制的有效性。
7.实验总结通过本次实验，我深刻理解了进程（线程）的同步与互斥，并通过实际操作加深了对这些概念的理解。
同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，对于应对资源竞争和提高程序性能具有重要意义。
在实际开发中，我们应该合理使用同步和互斥机制，以确保程序的正确性和并发执行的效率。
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）
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。
进程同步与互斥 总结
进程同步与互斥总结
进程同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，它们都是为了保证多个进程能够在正确的时间顺序和正确的方式下运行。
进程同步是指多个进程之间协调执行的过程，而互斥是指多个进程之间竞争有限资源的过程。
以下是关于进程同步与互斥的一些总结：
1. 进程同步方式：
- 信号量：通过对共享资源的访问进行限制，实现多个进程之间的同步。
- 互斥锁：通过对共享资源的访问进行互斥，实现多个进程之间的同步。
- 条件变量：通过对进程状态的检查，实现多个进程之间的同步。
2. 进程互斥方式：
- 临界区：多个进程同时访问共享资源时，只允许一个进程访问。
- 互斥量：多个进程同时访问共享资源时，通过加锁和解锁来实现互斥。
- 读写锁：多个进程同时访问共享资源时，允许多个进程同时读取，但只允许一个进程写入。
3. 进程同步与互斥的优缺点：
- 信号量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。
- 互斥锁：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。
- 条件变量：优点是可以检查进程状态，缺点是只能处理两个进
程之间的同步。
- 临界区：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。
- 互斥量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。
- 读写锁：优点是可以允许多个进程同时读取，缺点是会出现写入延迟的问题。
综上所述，进程同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，需要根据具体的场景选择适合的同步方式或互斥方式来保证多个进程之
间的协调执行和有限资源的竞争。
16、进程同步的四种方法？
16、进程同步的四种⽅法？1. 临界区对临界资源进⾏访问的那段代码称为临界区。
为了互斥访问临界资源，每个进程在进⼊临界区之前，需要先进⾏检查。
2. 同步与互斥同步：多个进程因为合作产⽣的直接制约关系，使得进程有⼀定的先后执⾏关系。
互斥：多个进程在同⼀时刻只有⼀个进程能进⼊临界区。
3. 信号量信号量（Semaphore）是⼀个整型变量，可以对其执⾏ down 和 up 操作，也就是常见的 P 和 V 操作。
down : 如果信号量⼤于 0 ，执⾏ -1 操作；如果信号量等于 0，进程睡眠，等待信号量⼤于 0；up ：对信号量执⾏ +1 操作，唤醒睡眠的进程让其完成 down 操作。
down 和 up 操作需要被设计成原语，不可分割，通常的做法是在执⾏这些操作的时候屏蔽中断。
如果信号量的取值只能为 0 或者 1，那么就成为了互斥量（Mutex），0 表⽰临界区已经加锁，1 表⽰临界区解锁。
使⽤信号量实现⽣产者-消费者问题问题描述：使⽤⼀个缓冲区来保存物品，只有缓冲区没有满，⽣产者才可以放⼊物品；只有缓冲区不为空，消费者才可以拿⾛物品。
因为缓冲区属于临界资源，因此需要使⽤⼀个互斥量 mutex 来控制对缓冲区的互斥访问。
为了同步⽣产者和消费者的⾏为，需要记录缓冲区中物品的数量。
数量可以使⽤信号量来进⾏统计，这⾥需要使⽤两个信号量：empty 记录空缓冲区的数量，full 记录满缓冲区的数量。
其中，empty 信号量是在⽣产者进程中使⽤，当 empty 不为 0 时，⽣产者才可以放⼊物品；full 信号量是在消费者进程中使⽤，当 full 信号量不为 0 时，消费者才可以取⾛物品。
注意，不能先对缓冲区进⾏加锁，再测试信号量。
也就是说，不能先执⾏ down(mutex) 再执⾏ down(empty)。
如果这么做了，那么可能会出现这种情况：⽣产者对缓冲区加锁后，执⾏ down(empty) 操作，发现 empty = 0，此时⽣产者睡眠。
实验一进程的同步与互斥
实验一进程的同步与互斥一、实验目的(1)加深对进程概念的理解,明确进程和程序的区别。
(2)进一步认识并发执行的实质。
(3)分析进程竞争资源现象,学习解决进程互斥的法。
(4)了解Windows对进程管理的支持。
二、实验类型观察/分析型。
三、预习内容预习进程管理有关理论和VC++对进程管理的支持, 包括进程的基本操作和经典的进程同步与互斥问题。
四、实验要求本实验通过学习和分析三个简单的Windows 线程编程编写一个简单的生产者/消费者问题实例程序。
利用(1)和(2)中的Windows 进程和线程创建法实现一个简单的读者,写者程序,读者将1~10 十个数字依次填入临界资源区gData,当且仅当gData 被读者消费后,写者才可以写入下一个数。
五、实验代码#include "windows.h"#include <conio.h>#include <stdio.h>#include <math.h>const int writerNum = 1;const int readerNum = 1;int gData = 0;bool continu = true;HANDLE hmutex;HANDLE hfullsemaphore;HANDLE hemptysemaphore;DWORD WINAPI reader(LPVOID lppara){while(continu){WaitForSingleObject(hemptysemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(hmutex,INFINITE);if(gData >= 11){continu = false;break;}Sleep(100);printf("readers gets data:%d\n", gData);printf("\n");ReleaseMutex(hmutex);ReleaseSemaphore(hfullsemaphore,1,NULL);}return NULL;}DWORD WINAPI writer(LPVOID lppara){while(continu){WaitForSingleObject(hfullsemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(hmutex,INFINITE);if(gData >= 10){continu = false;break;}Sleep(100);gData++;printf("writer gets data:%d\n", gData);printf("\n");ReleaseMutex(hmutex);ReleaseSemaphore(hemptysemaphore,1,NULL);}return NULL;}int main(){hmutex = CreateMutex(NULL,false,NULL);hfullsemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);hemptysemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL);DWORD readerdata;DWORD writerdata;for (int i=0;i<writerNum;i++){if(CreateThread(NULL,0,writer,NULL,0,&writerdata)==NULL) return -1;}for (int j=0;j<readerNum;j++){if(CreateThread(NULL,0,reader,NULL,0,&readerdata)==NULL) return -1;}printf("Program ends successfully\n");return 0;}。
什么是进程互斥，什么是进程同步，同步和互斥这两个概念有什么联系和区别？
什么是进程互斥，什么是进程同步，同步和互斥这两个概念有什
么联系和区别？
在操作系统中，当某⼀进程正在访问某⼀存储区域时，就不允许其他进程进⾏读写或者修改该存储区的内容，否则就会发⽣后果⽆法估计的错误。
进程之间的这种相互制约的关系成为进程互斥。
并发进程在⼀些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通信息称为进程同步。
实际上进程互斥也是⼀种同步，他协调多个进程互斥进⼊同⼀个临界资源对应的临界区。
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。
进程同步与互斥的实现
进程同步与互斥的实现进程同步和互斥是操作系统中的重要概念，用于确保多个进程之间的有序执行和资源的互斥访问。
本文将介绍进程同步和互斥的概念，并探讨它们的实现方法。
一、进程同步和互斥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进行，以达到预期的结果。
进程互斥是指多个进程对共享资源的访问是互斥的，即同一时间只能有一个进程访问共享资源。
在多进程环境下，进程之间的相互影响是非常复杂的。
如果多个进程同时访问共享资源，可能会导致数据不一致或者产生竞争条件。
因此，需要采用同步和互斥的机制来确保进程的有序执行和资源的安全访问。
二、进程同步的实现1. 信号量信号量是一种常用的进程同步机制，它可以用来实现进程之间的同步和互斥。
信号量可以是一个整型变量，用来记录某个资源的可用数量。
在进程中，可以通过P操作和V操作来对信号量进行操作。
P操作（等待操作）会使信号量的值减1，如果信号量的值小于0，则阻塞当前进程；V操作（发送操作）会使信号量的值加1，如果有被阻塞的进程，则唤醒其中一个进程。
通过合理地使用信号量，可以实现进程之间的同步和互斥，确保它们按照预定的顺序执行。
2. 互斥锁互斥锁是一种用于保护共享资源的机制，它可以确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源。
互斥锁有两个状态：锁定和非锁定。
在进程中，如果一个进程想要访问共享资源，它首先要尝试获取互斥锁。
如果互斥锁处于锁定状态，那么该进程就会进入阻塞状态，直到互斥锁被释放。
如果互斥锁处于非锁定状态，那么该进程就可以获取互斥锁，并开始访问共享资源。
通过合理地使用互斥锁，可以避免多个进程同时访问共享资源，从而保证数据的一致性和正确性。
三、进程互斥的实现1. 临界区临界区是一段代码，多个进程在执行该段代码时需要互斥访问。
在进入临界区之前，进程需要获取互斥锁；在离开临界区之后，进程需要释放互斥锁。
通过合理地设计临界区，可以确保多个进程不会同时访问共享资源，从而避免数据的冲突和竞争条件。
操作系统很全很详细的进程同步与互斥 问题
进程的同步
例1：请用信号量机制描述下列并发进程的同步关系。 请用信号量机制描述下列并发进程的同步关系。
S P1
P2
P3
P4 F
进程的同步
解法一：信号量表示进程能否开始。 解法一：信号量表示进程能否开始。 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程 、P2、 分别表示进程P1 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程P1、P2、 P3、P4能否开始执行，其初值m1为1，其余均为0。 P3、P4能否开始执行 其初值m1为 其余均为0 能否开始执行，
思考： 思考： 哪个信号量可以省略？ 哪个信号量可以省略？
m1 p4() {
P(m3) ； 执行p3； 执行p3； V(m4) ；
P(m4) ； P(m4)； P(m4)； 执行p4； 执行p4；
}
}
}
}
进程的同步
解法二：信号量表示进程是否结束。 解法二：信号量表示进程是否结束。 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程 、P2、 分别表示进程P1 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程P1、P2、 P3、P4是否结束，其初值均为0。 P3、P4是否结束 其初值均为0 是否结束，
进程的同步
例3-2：吃水果。 吃水果。 父亲 父亲 { 洗水果； 洗水果； 放水果； 放水果； } } P1 0 桔子 苹果 女儿 儿子 { 取桔子； 取桔子； 吃桔子； 吃桔子； } P2 女儿 P3 while(true) { 取苹果； 取苹果； 吃苹果； 吃苹果； 儿子
while (true)
p3() { while(1) { P(m3) ； 取苹果； 取苹果； V(m1)； V(m1)； 吃苹果； 吃苹果； } }
进程的同步
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。
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(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《进程同步与互斥》实验报告学号姓名专业、班实验地点指导教师时间一、实验目的1、掌握基本的进程同步与互斥算法，理解生产者-消费者问题。
2、学习使用Windows 2000/XP中基本的同步对象，掌握相关API的使用方法。
3、了解Windows 2000/XP中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。
4、设计程序，实现生产者-消费者进程(线程)的同步与互斥；二、实验环境Windows 2000/XP + Visual C++三、实验内容以生产者-消费者模型为依据，在Windows 2000/XP环境下创建一个控制台进程，在该进程中创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。
四、设计思路和流程框图生产者进程的功能：生产东西，供消费者消费；消费者进程的功能：消费生产者生产的东西。
生产者生产产品并存入缓冲区供消费者取走使用，消费者从缓冲器内取出产品去消费。
在生产者和消费者同时工作时，必须禁止生产者将产品放入已装满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内取产品。
五、源程序（含注释）清单六、测试结果以及实验总结1、通过实验进一步了解了基本的进程同步与互斥算法，理解生产者-消费者问题2、掌握了相关API的使用方法。
3、了解到进程是一个可以拥有资源的基本单位，是一个可以独立调度和分派的基本单位。
而线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分配的基本单位，故又称为轻权（轻型）进程(Light Weight Process)。
4、了解到同步对象是指Windows中用于实现同步与互斥的实体，包括信号量(Semaphore)、互斥量(Mutex)、临界区(Critical Section)和事件(Events)等。
本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。
成绩备注：实验报告文档的名称：姓名_实验编号（例如：张三_1、张三_2）；实验报告发送到。
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。
进程同步
释放相应阻塞进程；
endfor
19
3. AND型信号量
引入AND信号量后，上面的例子就可以简单改写为：
process A:
process B:
Swait(Dmutex,Emutex); Swait(Emutex,Dmetux);
………
………
Ssignal(Dmutex,Emutex); Ssignal(Emutex,Dmutex); 这样也就不会出现死锁问题。
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4.信号量集
问题的引入： 两个优先权相同的进程p1和p2在运行的过程中都
需要使用资源R,如果初始情况系统中有5个资 源R，P1和P2均需要得到3个R资源才可以执行， 怎么解决？
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Байду номын сангаас
解决方法一
记录型信号量——为资源R设置信号量S，初始值5
p1
p2
…… Wait(s); Wait(s);
…… Wait(s); Wait(s);
4
竞争问题：
例1、两个进程A、B共享一台打印机，若不加以控制，两 个进程的输出结果可能交织在一起，很难区分。 例2：两个进程共享一个变量x 设：x代表某航班机座号， p1和p2两个售票进程，售票工作是对变量x加1。这两个 进程在一个处理机C上并发执行，分别具有内部寄存器r1 和r2 ，两个进程共享一个变量x时，两种可能的执行次序： 情况A
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2.3.3 信号量的应用
信号量机制的基本原理：
两个或多个进程可以利用彼此间收发的简单的信号来实现“正确的”并 发执行，一个进程在收到一个指定信号前，会被迫在一个确定的或者 需要的地方停下来，从而保持同步或互斥。
解决两类问题： 直接制约关系——前趋图问题 间接制约关系——由于共享资源带来的执行次序问题
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小组成
设计原理
界面设计
（一）问题概述
某寺庙有小和尚、老和尚各三名。庙内有一水缸、 由小和尚提水入缸，供老和尚引用。水缸可容纳10桶水， 每次往里倒水、往外取水都为1桶，且不可同时进行。 水取自一井中，水井口很小，每次只能容纳一只水桶取 水。设水桶个数为3个。 和尚挑水问题就是使用某种机制，能够使得3名老和 尚可以顺利地喝到水，3名小和尚之间能够有条不紊地 往水缸中入水。
（三）设计原理
先创建一个程序，创建三个子进程A、B、C模拟三个老和尚， 隔一段时间久从水缸中取水饮用；创建另外一个程序，创建三个 子进程a、b、c模拟三个小和尚，隔一段时间获得一个水桶并从 水井中取水注入水缸中。如果水缸中没有水，老和尚就停止从水 缸中取水，并等待小和尚加水；而当水缸中容量少于10桶，那么 小和尚就向水缸中加水，直到水缸注满为止。如此循环。 若对于水缸的满或非满不加判断，可能会产生死锁。当小和 尚占了三个水桶，并且水缸中的水已经满了，这时候老和尚等待 水桶取水，但是没有水桶了，老和尚只能等待。小和尚占着水桶， 等待老和尚喝水，但是老和尚没有水桶没法喝，小和尚也只能一 直等待。所以产生了死锁。
（二）基本概念
1.信号量 为解决多进程线程同步与互斥问题，让两个或多个多道进程 线程通过特殊的变量展开交互 2.线程 是进程的一个实体，是进程上下文中执行的代码序列，是被 系统调度的基本单元 3.进程 是正在运行的程序实体，并且包括这个运行的程序中占据的 所有系统资源 4.进程同步 它主要源于进程合作，是进程间共同完成一项任务时直接发 生相互作用的关系 5.进程互斥 它主要源于资源共享，是进程之间的间接制约关系
（四）界面设计
输出“是”表 示正在打水； “否”表示没 有打水；“等 待”表示在水 井旁等待打水
输出“是”表 示正在倒水； “否”表示没 有倒水；“等 待”表示在水 缸旁等待倒水
输出解 释参考 本页左 侧
谢谢观看
具体实现：
（1）创建进程：创建A、B、C、a、b、c六个进程，要求包括 进程的状态、执行时间和申请资源的等待时间等。在同一时刻可 能有多个进行在内存申请资源，即可以输入多个进程的资源申请。 小和尚的状态有五种：打水，等待打水，倒水，等待倒水， 空闲；老和尚状态有两种：喝水和空闲。 （2）临界资源的管理，包括申请以及分配等，通过信号量和 信号量集实现。水井和水缸作为两个信号量实现各进程之间对共 享资源的互斥和同步。 （3）生产者消费者算法，判断是否可以进行资源的分配。 （4）各个进程的状态实时输出在界面上。