操作系统进程同步
操作系统 实验三 进程同步
集美大学计算机工程学院实验报告课程名称：操作系统指导教师：王丰实验成绩：实验编号：实验三实验名称：进程同步班级：计算12姓名：学号：上机实践日期：2015.5上机实践时间：2学时一、实验目的1、掌握用Linux信号灯集机制实现两个进程间的同步问题。
2、共享函数库的创建二、实验环境Ubuntu-VMware、Linux三、实验内容⏹需要的信号灯: System V信号灯实现☐用于控制司机是否可以启动车辆的的信号灯 S1=0☐用于控制售票员是否可以开门的信号灯 S2=0System V信号灯实现说明□ System V的信号灯机制属于信号灯集的形式, 一次可以申请多个信号灯.□同样利用ftok()生成一个key： semkey=ftok(path,45);□利用key申请一个包含有两个信号灯的信号灯集, 获得该集的idsemid=semget(semkey,2,IPC_CREAT | 0666);□定义一个联合的数据类型union semun{int val;struct semid_ds *buf;ushort *array;};□利用semctl()函数对信号灯初始化,参数有:信号灯集的id: semid要初始化的信号灯的编号:sn要设定的初始值:valvoid seminit(int semid, int val,int sn){union semun arg;arg.val=val;semctl(semid,sn,SETVAL,arg);}利用初始化函数,初始化信号灯:seminit(semid,0,0);//用来司机启动汽车的同步seminit(semid,0,1);//用来售票员开门的同步控制□利用semop()函数, 对信号灯实现V操作:sembuf是一个在头部文件中的预定义结构、semid—信号灯集id, sn—要操作的信号灯编号void semdown(int semid,int sn){/* define P operating*/struct sembuf op;op.sem_num=sn;op.sem_op=-1;//P操作为-1op.sem_flg=0;semop(semid,&op,1);}2、Linux的静态和共享函数库·Linux生成目标代码： gcc -c 源程序文件名（将生成一个与源程序同名的.o目标代码文件。
操作系统的进程同步机制
操作系统的进程同步机制操作系统是计算机透过硬件资源调度软件资源的重要软件工具，而进程是操作系统的一个重要概念，是计算机为了执行运算而分配的一段正在运行或待执行的代码。
当多个进程必须使用同一资源时，需要进行进程同步才能保证计算机的工作效率。
本文将介绍进程同步的概念、原理，以及目前使用的进程同步机制。
一、进程同步1.概念进程同步是指在多个进程同时访问共享资源时，为保证各进程操作正确、同步所采用的一种协调机制。
进程同步是指保护共享资源，使多个进程能够协同工作，避免执行发生冲突和竞争，从而保证计算机系统的稳定、安全和正确运行。
2.原理进程之间的相互影响有时会导致竞争条件，即多个进程试图同时访问同一资源，这会导致数据的不一致或破坏进程状态的可能性。
进程同步的目的是让多个进程能够按照一定顺序依次访问共享资源。
进程同步的基本原理是互斥原则，即同一时间只能有一个进程使用共享资源。
在保证临界资源的线程互斥和取消进程死锁的前提下，能够利用操作系统提供的同步机制解决竞争关系。
二、进程同步机制进程同步机制是解决多个进程访问共享资源的有效途径。
常见的进程同步机制有以下五种：1.临界区临界区是竞争资源最经常使用的同步技术，所有进程必须相互协调在公共资源中访问共享数据，这样的公共区域成为临界区。
每次只有一个进程能够进入临界区，而其他进程必须等到该进程离开临界区后，才能进入公共区域。
临界区的具体实现：在进入临界区时，设置“占用”标记；在离开临界区时，设置“空闲”标记。
如果进程试图进入一段已经被占据的代码，就会进入等待状态，直到“空闲”标记再次被设置为止。
2.信号量信号量是由荷兰计算机科学家E.W. Dijkstra提出的同步工具，是一个用于进程通信的系统级对象，它可以被进程通过两种操作进行访问：P操作（wait）和V操作（signal）。
P操作：当信号量S大于0时，对信号量S执行一次锁操作。
V操作：释放对S资源的锁定，将S增加1。
操作系统：进程同步
操作系统：进程同步基本概念在 Os 中引⼊进程后，虽然提⾼了资源的利⽤率和系统的吞吐量，但由于进程的异步性，也会给系统造成混乱，尤其是在他们争⽤临界资源时。
例如，当多个进程去争⽤⼀台打印机时，有可能使多个进程的输出结果交织在⼀起，难于区分；⽽当多个进程去争⽤共享变量、表格、链表时，有可能致使数据处理出错。
进程同步的主要任务是对多个相关进程在执⾏次序上进⾏协调，以使并发执⾏的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从⽽使程序的执⾏具有可再现性。
在资源共享的情况下：保证诸进程以互斥的⽅式访问临界资源—必须以互斥⽅式访问的共享资源；在相互合作的关系中：进程同步的主要任务是保证相互合作的诸进程在执⾏次序上协调，（有些教材把这种功能称做“协调”）。
相互合作的进程可能同时存在资源共享的关系。
如何实现进程互斥，需要让进程以互斥的⽅式进⼊各⾃的临界区，先执⾏进⼊区的代码。
⼈为地加⼀段代码。
临界资源必须以互斥⽅式访问的共享资源counter的例⼦：在机器语⾔中实现两个进程给count加⼀的操作register1 = countregister1 = register1 + 1count = register1register2 = countregister2 = register2 + 1count = register2但是如果是并发执⾏，可能会出现下⾯的情况register1 = countregister2 = countregister1 = register1 + 1register2 = register2 + 1count = register1count = register2结果就不对了。
可见，counter应该作为临界资源。
多个进程必须对其进⾏互斥访问临界区在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。
如果能保证诸进程互斥地进⼊⾃⼰的临界区，便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。
每个进程在进⼊临界区之前，应先对欲访问的临界资源进⾏检查，看它是否正被访问。
计算机操作系统 第二章 进程管理(2)
缺点：
（1）进程在等待进入临界区时也要耗费处理器时间， 不能实现“让权等待” （2）可能出现进程“饥饿”
2.3.2 信号量机制
新的同步工具——信号量和P、V操作。
信号量：是一种数据结构，代表可用资源实 体的数目。
信号量只能通过初始化和两个标准的原语： P（wait(S)）、V（(signal(S)）来访问。 P原语相当于进入区操作，V原语相当于退 出区操作。
AND同步机制
AND同步机制的基本思想是：进程运行时所 需要的所有资源，要么全部分配给它，使用完 毕后一起释放；要么一个都不分配给它。实现 时，采用原子操作：要么全部分配到所有资源， 要么一个也不分配到。 称AND型信号量P原语为：
Swait(Simultaneous wait)
V原语为Ssignal(Simultaneous signal)。
SP原语描述
Swait(S1,S2,„,Sn) /* SP原语描述 */ {while(1) {if(S1>=1&&S2>=1&&„&&Sn>=1) {for(i=1;i<=n;i++) Si--; /* 先确信可满足所有资源要求再减1操作 */ berak; } else /* 资源不够时 */ {将进程放入第一个信号量小于1的阻塞队列Si.sqeue; 将PC中的地址回退到SP开始处； 阻塞进程； } } }
第二章 进程管理（2）
2.3 进程同步
多进程并发执行时，由于资源共享或进程合 作，使进程间形成间接相互制约和直接相互制 约关系，这需要用进程互斥与同步机制来协调 两种制约关系。 进程同步的主要任务：协调进程执行次序， 使并发执行的诸进程间能有效地共享资源和相 互合作，使程序的执行具有可再现性。
操作系统实验3进程同步报告
实验三进程同步一、实验目的：1.了解进程和线程的同步方法，学会运用进程和线程同步方法来解决实际问题；2.了解windows系统下Win32 API或Pthread信号量机制的使用方法；二、实验预备内容：1.对书上所说基于信号量的有限缓冲的生产者－消费者问题；2.对于信号量的概念有大概的了解，知道如何用信号量的wiat()和signal()函数如何取消应用程序进入临界区的忙等；三、实验环境说明：此实验在Win7(32位) CodeBlocks环境下实现，采用WinAPI的信号量机制。
四、实验内容：设计一个程序解决有限缓冲问题，其中的生产者与消费者进程如下图所示。
在Bounded-Buffer Problem（6.6.1节）中使用了三个信号量：empty （记录有多少空位）、full（记录有多少满位）以及mutex（二进制信号量或互斥信号量，以保护对缓冲区插入与删除的操作）。
对于本项目，empty和full将采用标准计数信号量，而mutex将采用二进制信号量。
生产者与消费者作为独立线程，在empty、full、mutex的同步前提下，对缓冲区进行插入与删除。
本项目可采用Pthread或Win32 API。
（本实验采用Win32 API）五、程序设计说明：1.全局变量：定义缓冲区数组及其环形队列表达方式，定义mutex、empty、full 三个信号量。
empty记录缓冲区有多少个空位；full记录缓冲区有多少个满位；mutex作为互斥信号量，保护对缓冲区插入或删除的操作。
具体定义如下：定义生产者、消费者线程结构和包含的信息：（由于题目中没有要求，因此只定义了编号一个变量）2.缓冲区：缓冲区是一个元数据类型为buffer_item（可通过typedef定义）的固定大小的数组，按环形队列处理。
buffer_item的定义及缓冲区大小可保存在头文件中：A.insert_item()：先判断缓冲区是否已满，不满则向缓冲区中插入元素；B.remove_item()先判断缓冲区是否为空，不空则从缓冲区中删除元素；3.生产者线程：生产者线程交替执行如下两个阶段：睡眠一段随机事件，向缓冲中插入一个随机数。
操作系统 进程同步与互斥
操作系统进程同步与互斥在操作系统中，进程同步与互斥是非常重要的概念，它们对于保证系统的正确运行、提高资源利用率以及避免各种错误和冲突起着关键作用。
首先，咱们来聊聊什么是进程。
进程可以简单理解为正在运行的程序的实例。
比如说，你打开一个浏览器浏览网页，这时候就有一个浏览器进程在运行；你同时又打开一个文档编辑器写文章，那就又多了一个进程。
那进程同步又是什么呢？想象一下，有两个进程 A 和 B，它们需要合作完成一项任务。
进程 A 要完成某个操作后，进程 B 才能继续进行下一步操作。
这就需要一种机制来确保这种先后顺序，使得它们能够协调工作，这种机制就是进程同步。
举个例子，假设有一个打印任务。
进程 A 负责生成要打印的数据，进程 B 负责控制打印机进行打印。
进程 A 必须先把数据准备好，进程B 才能开始打印。
如果没有进程同步，进程 B 可能在数据还没准备好的时候就去打印，那结果肯定是一团糟。
再来说说进程互斥。
当多个进程都想要访问同一个资源，比如一个共享的变量或者一段代码，但是在同一时间只能有一个进程使用这个资源，这时候就需要进程互斥来保证资源的正确使用。
比如说，有一个银行账户，多个进程可能同时想要对这个账户进行操作，比如存钱或者取钱。
但在同一时刻，只能有一个进程来修改账户的余额，否则就会出现混乱，比如余额计算错误等问题。
为了实现进程同步和互斥，操作系统提供了一些常用的方法和机制。
信号量就是其中一种重要的工具。
信号量可以看作是一个计数器，它的值表示当前可以使用的资源数量。
进程通过对信号量进行操作来实现同步和互斥。
比如，P 操作会减少信号量的值，如果信号量的值小于 0 ，进程就会被阻塞；V 操作会增加信号量的值，如果有被阻塞的进程，就会唤醒其中一个。
还有管程，它把共享资源和对共享资源的操作封装在一起，进程只能通过管程提供的接口来访问共享资源，这样就保证了互斥访问。
另外，临界区也是常见的概念。
临界区是一段代码，在这段代码中进程访问共享资源。
操作系统复习资料全第二章 进程管理(3)-经典同步问题
信号量S的值除初始化（为资源数目）外，其值只能通过原
语wait和signal，也称P、V操作来改变。
整型信号量的P、V操作描述
wait和signal
wait(S): while S≤0 do no-op S∶=S-1; signal(S): S∶=S+1; 解释：P或wait操作：当S≤0时，说明无资源可用，一直测试直到其他进程 释放该类资源。
1. 至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少 有一位哲学家能够进餐。（增加一个总资源信号量S=4）
2. 仅当哲学家的左、右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐 （AND型信号量）。
3. 规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子； 而偶数号哲学家则相反。按此规定，将是1、 2号哲学家竞争1号 筷子；3、4号哲学家竞争3号筷子。即五位哲学家都先竞争奇数 号筷子，获得后，再去竞争偶数号筷子，最后总会有一位哲学家 能获得两只筷子而进餐。
1. 利用记录型信号量解决读者 为实现Reader与Writer进程间在读或写时的互斥而设置了一个互 斥信号量Wmutex； 设置一个整型变量Readcount表示正在读的进程数目； 当 Readcount=0 时，表示尚无 Reader 进程在读时， Reader 进 程才需要执行 Wait(Wmutex) 操作。若 wait(Wmutex) 操作成功， 做Readcount+1和读文件操作； 当Reader进程在执行了Readcount减1操作后其值为0时，才须 执行signal(Wmutex)操作，以便让Writer进程写； 又因为Readcount是一个可被多个 Reader进程访问的临界资源， 因此，应该为它设置一个互斥信号量rmutex。
操作系统的基本原理
操作系统的基本原理操作系统是计算机系统中的关键组成部分，它负责管理计算机的硬件和软件资源，并提供用户和应用程序之间的接口。
本文将介绍操作系统的基本原理，包括进程管理、内存管理、文件系统和设备管理。
一、进程管理进程是指在计算机系统中正在运行的程序的实例。
操作系统通过进程管理来管理多个进程的执行。
主要原理包括以下几个方面：1. 进程调度：操作系统根据一定的调度算法，选择一个就绪态的进程分配给CPU执行，以实现多任务处理。
2. 进程同步：操作系统提供同步机制，确保多个进程之间的数据访问和共享的正确性，避免资源冲突。
3. 进程通信：操作系统提供进程间通信的方法，使得不同进程之间可以互相交换数据和信息。
二、内存管理内存管理是操作系统分配和回收内存资源的一种机制。
操作系统需要保证进程能够在适当的时刻获得足够的内存空间来执行，同时要及时回收不再使用的内存。
其基本原理包括以下几个方面：1. 内存分配：操作系统通过内存管理单元将可用内存划分为多个分区，根据进程的需求动态地分配内存空间。
2. 内存回收：当进程终止或者释放内存时，操作系统将相应的内存空间回收，以供其他进程使用。
3. 内存保护：操作系统通过内存保护机制，确保各个进程无法访问其他进程的内存空间，提高系统的安全性。
三、文件系统文件系统是操作系统用于管理和组织磁盘上文件的一种机制。
操作系统需要提供文件的读写、创建、删除等功能，并管理文件的存储和索引。
其基本原理包括以下几个方面：1. 文件结构：操作系统通过文件结构来组织和管理文件，包括文件目录、索引节点等。
2. 文件访问：操作系统提供文件访问接口，使得用户和应用程序可以灵活地对文件进行读写操作。
3. 文件保护：操作系统通过文件权限和访问控制列表等机制，实现对文件的保护和权限控制，确保文件的安全性。
四、设备管理设备管理是操作系统管理计算机硬件设备的一种机制。
操作系统需要提供对各种设备的控制和管理，使得用户和应用程序可以方便地使用设备资源。
计算机操作系统课件02-3进程同步
若进程A和B按下述次序交替执行wait操作： process A: wait(Dmutex)； 于是Dmutex=0 process B: wait(Emutex)； 于是Emutex=0 process A: wait(Emutex)； 于是Emutex=-1 A阻塞 process B: wait(Dmutex)； 于是Dmutex=-1 B阻塞
若加1后仍是S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待 该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语，将S.L链表中 的第一个等待进程唤醒。
如果S.value的初值为1，表示只允许一个进程访问临界资源， 此时的信号量转化为互斥信号量，用于进程互斥。
3．AND型信号量
上述的进程互斥问题，是针对各进程之间只共享一个临界资 源而言的。在有些应用场合，是一个进程需要先获得两个或 更多的共享资源后方能执行其任务。
……
producer: repeat
produce an item in nextp；
while counter=n do no-op； buffer［in］:=nextp； in:=in+1 mod n； counter:=counter+1； until false；
consumer: repeat while counter=0 do no-op； nextc:=buffer［out］； out:=(out+1) mod n； counter:=counter-1； consumer the item in nextc； until false；
register1:=register1+1； register2:=register2-1；
counter:=register1； counter:=register2；
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
进程同步基本概念和原则
进程同步基本概念和原则1.引言1.1 概述进程同步是计算机科学领域中一个重要的概念。
在多任务操作系统中，多个进程并发执行，它们共享系统资源，如内存、文件等。
为了保证系统的正确性和可靠性，需要对进程的执行进行协调和管理。
进程同步的概念就是指在多个进程之间进行协作，使它们按照一定的顺序执行，以避免出现竞争状态和数据不一致的问题。
在并发执行的场景中，由于进程的执行速度和执行顺序是不可预测的，因此可能会引发一些问题，如死锁、饥饿等。
进程同步的目的是为了确保进程按照一定的次序执行，并且能够相互合作完成任务。
通过合理的同步机制，可以避免竞争条件，保证数据的一致性，提高系统的效率和稳定性。
为了实现进程同步，可以使用一些基本的同步机制，如互斥量、信号量、条件变量等。
这些机制通过提供临界区、等待和唤醒等操作，实现了进程之间的协调和合作。
在本文中，我们将介绍进程同步的基本概念和原则。
首先，我们将对进程同步的概念进行详细阐述，介绍其在多任务操作系统中的作用和意义。
然后，我们将介绍一些常用的进程同步原则，包括互斥、同步、顺序等。
通过深入理解这些基本概念和原则，可以帮助读者更好地理解进程同步的内在机制和实现方式。
本文旨在提供关于进程同步的基本知识和理论，并为读者进一步研究和应用进程同步提供参考。
最后，我们将对本文的内容进行总结，并展望进程同步在未来的发展方向。
希望本文能够对读者加深对进程同步的理解，并在实际应用中发挥积极的作用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写："1.2 文章结构本文分为三个主要部分，包括引言、正文和结论。
引言部分主要对进程同步的主题进行概述，简要介绍进程同步的基本概念和相关原则。
同时，引言部分还介绍了本文的结构，并说明了文章的目的。
正文部分分为2个小节，分别是进程同步基本概念和进程同步原则。
在进程同步基本概念部分，我们将详细介绍什么是进程同步，为什么需要进行进程同步以及进程同步的基本概念和相关术语。
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。
操作系统的同步机制
操作系统的同步机制
操作系统的同步机制是为了在多个进程（或线程）之间保持数据的一致性和避免出现竞态条件（race condition）。
同步机制可以通过以下方式实现：
1. 互斥：一个进程（或线程）独占资源，其他进程（或线程）需要等待该资源释放后才能访问。
互斥可以由操作系统提供的锁（lock）机制实现。
2. 信号量：一个进程（或线程）需要获取一个信号量才能访问某个共享资源，其他进程（或线程）也可以请求信号量，但需要等待该信号量被释放后才能获取到。
信号量可以由操作系统提供的信号量机制实现。
3. 条件变量：一个进程（或线程）在访问某个共享资源时需要等待特定条件满足后才能访问，其他进程（或线程）也可以在该条件变量上等待。
条件变量可以通过操作系统提供的条件变量机制实现。
以上同步机制可以组合使用，以达到更加复杂的同步需求。
然而，处理同步问题可能会带来额外的开销和复杂性，因此需要权衡不同的同步方案。
操作系统同步的概念
操作系统同步的概念一、引言操作系统是计算机系统中最重要的组成部分之一。
它负责管理计算机硬件和软件资源，为用户和应用程序提供一个友好的接口。
在多任务操作系统中，同时运行的多个进程可能会访问共享资源，这就需要操作系统提供同步机制来保证进程之间的协调和正确性。
本文将详细介绍操作系统同步的概念及其实现方式。
二、同步的概念同步是指在多个并发执行的进程或线程之间协调其行为，以使它们能够正确地相互合作。
在计算机科学中，同步通常指对共享资源进行访问控制以避免竞争条件和死锁等问题。
1. 竞争条件当两个或更多进程尝试同时访问共享资源时，可能会发生竞争条件。
这种情况下，结果取决于每个进程执行的速度和时间顺序，因此可能会导致不确定性或错误结果。
2. 死锁死锁是指两个或更多进程无限期地等待对方释放所需的资源。
这种情况下，每个进程都持有一个资源，并且正在等待另一个进程释放其持有的资源。
3. 同步原语为了避免竞争条件和死锁等问题，操作系统提供了一些同步原语，如信号量、互斥锁、条件变量等。
这些同步原语可以用于实现各种同步机制。
三、同步机制的实现方式为了实现同步机制，操作系统提供了多种方式。
下面将详细介绍几种常见的同步机制实现方式。
1. 信号量信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问。
当进程需要访问共享资源时，它必须先获取一个信号量。
如果信号量的值为正，则进程可以继续访问共享资源，并将信号量的值减少1；否则，进程必须等待直到有一个可用的信号量。
当进程完成对共享资源的访问时，它必须释放该信号量，并将其值增加1。
2. 互斥锁互斥锁是一种特殊类型的信号量，用于保护对共享资源的独占访问。
当一个线程需要独占地访问共享资源时，它必须先获取一个互斥锁。
如果互斥锁已经被其他线程持有，则该线程会被阻塞直到互斥锁可用为止。
当线程完成对共享资源的访问时，它必须释放该互斥锁，以便其他线程可以获得它。
3. 条件变量条件变量是一种用于线程间通信的同步机制。
操作系统进程同步
操作系统进程同步在计算机操作系统中，进程同步是一个至关重要的概念。
它就像是一场精心编排的舞蹈，每个进程都是一位舞者，需要在特定的节奏和规则下协调动作，以确保整个系统的高效、稳定运行。
想象一下，如果多个进程在没有任何协调的情况下随意运行，那会是怎样的混乱场景？就好比一群没有指挥的乐手，各自演奏着自己的旋律，结果只能是刺耳的噪音。
进程同步的目的，就是为了避免这种混乱，让各个进程能够有条不紊地执行任务，充分利用系统资源，提高系统的性能和可靠性。
那么，什么是进程同步呢？简单来说，进程同步是指多个进程在执行过程中，通过某种机制协调它们的执行顺序和访问共享资源的方式，以保证结果的正确性和一致性。
为了更好地理解进程同步，我们先来了解一下进程的概念。
进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，它可以看作是一个正在执行的程序实例。
每个进程都有自己独立的地址空间、执行上下文和资源需求。
在实际的系统中，进程之间经常需要共享资源，比如内存中的数据、外部设备等。
如果多个进程同时访问和修改这些共享资源，就可能会导致数据不一致、错误甚至系统崩溃等问题。
这就好比两个孩子同时在一块黑板上写字，如果没有规则来约束，他们的笔迹很可能会重叠在一起，变得混乱不堪。
为了解决这些问题，操作系统提供了多种进程同步的机制。
其中，最常见的有信号量、互斥锁、条件变量等。
信号量就像是一个交通信号灯，它控制着进程对共享资源的访问。
信号量有一个整数值，用于表示可用资源的数量。
当一个进程想要访问共享资源时，它需要先获取信号量。
如果信号量的值大于零，进程就可以获取资源并将信号量的值减一；如果信号量的值为零，进程就需要等待，直到其他进程释放资源并将信号量的值增加。
互斥锁则像是一把钥匙，只有拥有这把钥匙的进程才能访问共享资源。
当一个进程获取到互斥锁时，其他进程就无法访问该资源，直到持有锁的进程释放锁。
条件变量则用于实现进程之间的等待和通知机制。
当一个进程等待某个条件满足时，它可以阻塞在条件变量上。
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。
进程同步问题总结报告
进程同步问题总结报告一、问题描述进程同步是操作系统中一个重要的问题，它涉及到多个进程在共享资源时如何正确地访问和操作。
在多进程环境中，如果没有正确的同步机制，会导致诸如竞态条件、死锁等问题。
本报告主要探讨进程同步问题及其解决方案。
二、问题分析1. 竞态条件：当多个进程同时访问共享资源，并且至少有一个进程的操作结果被其他进程的操作所覆盖，就会产生竞态条件。
竞态条件可能会导致数据不一致、系统状态不确定等问题。
2. 死锁：死锁是指两个或多个进程在等待对方释放资源，导致系统无法继续执行的情况。
死锁通常是由于资源分配不当、进程请求资源的顺序不一致等原因造成的。
三、解决方案1. 互斥锁（Mutex）：互斥锁是一种最基本的同步机制，它允许一个进程在一段时间内独占共享资源。
当一个进程获得互斥锁后，其他进程就不能再获取锁，直到原进程释放锁。
这样可以避免竞态条件。
2. 信号量（Semaphore）：信号量是一个计数器，用于控制对共享资源的访问次数。
信号量的值表示当前可用的共享资源数量。
通过调整信号量的值，可以控制进程对共享资源的访问。
3. 条件变量（Condition Variable）：条件变量用于进程间的通信，一个进程可以在条件变量上等待，直到另一个进程通过通知操作唤醒它。
条件变量常与互斥锁、信号量等机制结合使用。
4. 读写锁（Read-Write Lock）：读写锁允许多个进程同时读取共享资源，但只允许一个进程写入共享资源。
这可以提高并发性能，特别适用于读操作远多于写操作的情况。
5. 栅栏（Barrier）：栅栏是一种同步机制，用于确保多个进程在访问共享资源前都达到某一位置。
栅栏类似于一个检查点，所有进程在到达栅栏前都必须等待，直到所有进程都到达栅栏才继续执行。
四、实验结果我们通过实验验证了这些同步机制的正确性和有效性。
实验中，我们设计了一些多进程程序，模拟了竞态条件和死锁情况，然后使用上述同步机制来解决这些问题。
操作系统进程同步实验报告
操作系统进程同步实验报告本实验旨在通过模拟操作系统中进程的同步问题，加深学生对操作系统中进程同步机制的了解和实践能力。
本次实验分为两个部分，第一个部分是使用信号量实现进程同步，第二个部分是使用管程实现进程同步。
第一部分实验：使用信号量实现进程同步本部分实验的目标是使用信号量来实现进程同步，确保资源的互斥访问。
在Linux系统中，信号量是一种用来控制进程同步的机制，可以用于保证共享资源的互斥访问、避免死锁等问题。
具体实验流程如下：1. 定义一个信号量，用于互斥访问共享资源在Linux系统中，使用semget函数可以创建一个信号量集，使用semctl函数可以对信号量进行控制。
```#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#define KEY 1234 // 定义信号量的键值int semid; // 定义信号量标识符union semun{int val; // 信号量的初始值struct semid_ds *buf; // IPC_STAT, IPC_SET操作时用ushort *array; // GETALL, SETALL操作时用};void init_sem(){int ret;union semun semunion;// 创建信号量semid = semget(KEY, 1, IPC_CREAT | 0666);if(semid == -1){perror("semget error");exit(1);}2. 定义生产者和消费者进程，并使用信号量来实现同步在生产者和消费者进程中，需要先对信号量进行P操作，即申请资源，然后进行对共享资源的操作，最后再对信号量进行V操作，即释放资源。
本实验中，共享资源是一个循环缓冲区，生产者进程向其中写入数据，消费者进程从中读取数据。
操作系统基本管理功能
操作系统基本管理功能操作系统是计算机系统中最重要的软件之一，它负责管理计算机的各种资源并提供用户与硬件之间的接口。
操作系统的基本管理功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理。
本文将从这四个方面介绍操作系统的基本管理功能。
一、进程管理进程是计算机中正在运行的程序的实例。
操作系统负责管理进程的创建、调度、同步和销毁。
进程管理功能主要包括以下几个方面：1. 进程创建：操作系统根据用户的指令或者其他进程的请求创建新的进程。
创建进程时，操作系统为其分配必要的资源，并为其分配一个唯一的标识符，以便其他进程进行引用。
2. 进程调度：多个进程同时运行时，操作系统需要按照一定的算法决定哪个进程优先执行。
常见的调度算法包括先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
3. 进程同步：当多个进程共享某些资源时，操作系统需要确保它们之间的访问顺序和有效性。
常见的进程同步机制包括互斥锁、信号量、条件变量等。
4. 进程销毁：当一个进程完成了任务或者发生了错误时，操作系统需要将其销毁并释放其占用的资源，以便其他进程使用。
二、内存管理内存管理是操作系统对计算机内存进行分配和回收的过程。
内存管理功能主要包括以下几个方面：1. 内存分配：操作系统需要将内存空间划分为若干块，并为进程分配合适的内存空间。
常见的内存分配算法有连续分配、离散分配和虚拟内存等。
2. 内存回收：当一个进程完成任务或者被销毁时，操作系统需要回收其占用的内存空间，并将其释放给其他进程使用。
3. 内存保护：为了防止进程之间的相互干扰，操作系统需要对内存空间进行保护。
通过设置合适的权限位和地址空间隔离，可以确保每个进程只能访问自己被分配的内存空间。
三、文件管理文件管理是操作系统对计算机文件进行组织和控制的过程。
文件管理功能主要包括以下几个方面：1. 文件存储：操作系统需要将文件存储在辅助存储设备上，如硬盘、固态硬盘等。
文件存储时，需要将文件划分为若干个块，并记录其在存储设备上的位置信息。
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操作系统进程同步实验报告实验三：进程同步实验一、实验任务：（1）掌握操作系统的进程同步原理；（2）熟悉linux的进程同步原语；（3）设计程序，实现经典进程同步问题。
二、实验原理：（1）P、V操作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；②如果S³0，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。
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。
（2）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。
一般来说，信号量S³0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。
（3）linux的进程同步原语①wait()；阻塞父进程，子进程执行；②#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>key_t ftok (char*pathname, char proj)；它返回与路径pathname相对应的一个键值。
③int semget(key_t key, int nsems, int semflg)参数key是一个键值，由ftok获得，唯一标识一个信号灯集，用法与msgget()中的key相同；参数nsems指定打开或者新创建的信号灯集中将包含信号灯的数目；semflg参数是一些标志位。
参数key和semflg的取值，以及何时打开已有信号灯集或者创建一个新的信号灯集与msgget()中的对应部分相同。
该调用返回与健值key相对应的信号灯集描述字。
调用返回：成功返回信号灯集描述字，否则返回-1。
④int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);semid是信号灯集ID，sops指向数组的每一个sembuf结构都刻画一个在特定信号灯上的操作。
nsops为sops指向数组的大小。
⑤int semctl(int semid，int semnum，int cmd，union semun arg)该系统调用实现对信号灯的各种控制操作，参数semid指定信号灯集，参数cmd指定具体的操作类型；参数semnum指定对哪个信号灯操作，只对几个特殊的cmd操作有意义；arg用于设置或返回信号灯信息。
三、实验源程序：#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>#include<errno.h>#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include <string.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#define PERM S_IRUSR|S_IWUSR#define SEMKEY (key_t)0x200typedef union _senum{int val;struct semid_ds *buf;ushort *array;}semun;int semid;static int count=0;FILE *fp,*fp1,*fp2;struct sembuf prmutex={0,-1,0},pwmutex={1,-1,0},ps={2,-1,0}; struct sembuf vrmutex={0,1,0},vwmutex={1,1,0},vs={2,1,0};int initsem(){semun x;x.val=1;if((semid=semget(SEMKEY,3,0600|IPC_CREAT|IPC_EXCL))==-1) {if(errno==EEXIST)semid=semget(SEMKEY,3,0);}if(semctl(semid,0,SETV AL,x)==-1){perror("semctl failed\n");return(-1);}if(semctl(semid,1,SETV AL,x)==-1){perror("semctl failed\n");return(-1);}if(semctl(semid,2,SETV AL,x)==-1){perror("semctl failed\n");return(-1);}return(semid);}main(){int i,j,k;static int a[30];int shmid;int *pint,*pint2,addr,addr2;for(i=0;i<30;i++){a[i]=i;}if((shmid=shmget(IPC_PRIV ATE,4,PERM))==-1) {fprintf(stderr,"Create Share Memory Error:%s\n\a",strerror(errno)); exit(1);}addr=shmat(shmid,0,0) ;pint=(int*)addr;*pint=0;semid=initsem();if(fork()==0){ //writersemop(semid,&pwmutex,1);printf("call writer\n");fp1=fopen("a.txt","w");for(k=0;k<20;k++){fprintf(fp1,"%d\n ",5*k);printf("write %d\n ",5*k);}fclose(fp1);printf("write finish!!!!\n");semop(semid,&vwmutex,1);exit(0);}else{if(fork()==0){//reader 1semop(semid,&prmutex,1);addr2=shmat(shmid,0,0);pint2=(int*)addr2;if(*pint2==0) semop(semid,&pwmutex,1);*pint2=*pint2+1;printf("reader 1 enter---- count=%d\n",*pint2);semop(semid,&vrmutex,1);fp=fopen("a.txt","r");while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d ",&i);printf("reader 1 %d\n ",i);}semop(semid,&prmutex,1);*pint2=*pint2-1;printf("reader 1 exit---- count=%d\n",*pint2);//count=count-1;//printf("count=%d\n",count);if(*pint2==0) semop(semid,&vwmutex,1);semop(semid,&vrmutex,1);exit(0);}else{ if(fork()==0) //reader{semop(semid,&prmutex,1);addr2=shmat(shmid,0,0);pint2=(int*)addr2;if(*pint2==0) semop(semid,&pwmutex,1);*pint2=*pint2+1;printf("Read 2 enter+++++ count=%d\n",*pint2);// printf("Read 2 count=%d\n",count);//count=2;//printf("count=%d\n",count);semop(semid,&vrmutex,1);fp=fopen("a.txt","r");while(!feof(fp)){ fscanf(fp,"%d ",&i);printf("reader 2 %d\n ",i);}semop(semid,&prmutex,1);//count=count-1;*pint2=*pint2-1;printf("Read 2 exit+++++ count=%d\n",*pint2);//printf("Read 2 count=%d\n",count);if(*pint2==0) semop(semid,&vwmutex,1);semop(semid,&vrmutex,1);exit(0);}}}}四、实验结果：。