41并发执行问题

与进程相关的系统调用
? Unix-alike 操作系统利用进程（或线程） 支持并发执行
? 它提供了如下系统调用：
– fork （）：创建一个新进程。该系统调用执 行完成后，系统已创建了一个子进程，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，而父进程 fork （） 调用的返回值是子进程的进程标识 pid ；子 进程fork （）调用的返回值是 0。
行
R2=amount;
R1=R1-R2;
balance=R1; };
Parend;
例4：有限缓冲区的生产者/消费者问题 （生产者和消费者共享一个产品缓冲链）
First
First
NEXT
NEXT
INST
INST
NEXT INST
Nil INST
P1 P2 … Pm C1 C2 …Cn
共享N个缓冲区
数据结构
? 互斥关系（亦称间接制约关系） 即进程间因相互竞争使用独占型资源 （互斥资源）所产生的制约关系。
4.2.1 同步与临界段问题
例1 ：同步问题。如果进程P1 执行S1 ，S3 进程P2 执行S2，则P1 在执行S3之前必须等
待P2 执行完S2 。
S1
S2
S3
例2： P1、P2两进程使用同一打印机。如 果不互斥使用会交叉输出
… consume the item in nextc; … }while(1); }; Parend;
T0：consumer T1：producer T2：producer T3：consumer
– waitpid （pid ，…）：等待pid 所指定的进 程结束。
多进程实现前述的计算任务并发
pid =fork （ ）； if (pid ==0 )then { S2 ； exit （0）； } else S1 ； wait （）； S3 ；
4.2 进程的互斥与同步
? 同步关系（亦称直接制约关系） 指完成同一任务的伙伴进程间，因需要 在某些位置上协调它们的工作而等待、 传递信息所产生的制约关系。
? 若能辅以其它手段（如本章后续将介绍 的信号量机构），则并发语句可以大大 增加其描述并发的能力。
S1
S2
S3
S4 S6
S5 S7
并发执行实现
? 前面是对并发的高级语言描述，要真正 实现并发执行，需要通过操作系统支持 的进程（或线程）机制。
? 操作系统提供进程（线程）创建，结束 和同步的系统调用，可直接提供给用户 编写并行程序；或由并行语言编译器将 并发语言的语句转化为对操作系统的系 统调用。
P1
P2
Entry code
使用打印机
Entry code
使用打印机
exit code
exit code
例3: 对共享变量balance 的互斥访问 Parbegin
A(amount){
R1=balance;
R2=amount;
R1=R1+R2;
互
balance=R1;
斥
};
执
B(amount) { R1=balance;
– 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。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。 在控制返回调用者时，同时将所等到的子进 程pid 作为wait （）系统调用函数的返回值。
typedef struct{
…… } item ； // 消息类型 typedef struct{
struct buffer *next; struct item inst ； } buffer ； // 缓冲类型 struct buffer *P，*C，*First; struct item nextp，nextc;
第七讲 并发执行问题
? 目的与要求：了解并行程序的高级语言 表示与操作系统支持下的实现；了解同 步与互斥问题。
? 重点与难点：并行程序中的同步与互斥 ? wk.baidu.com业：1，2, 3, 例举两个现实生活中需要
同步与互斥的例子。
第四章 进程同步与通讯、进程死锁
并发的需求
? 操作系统应尽量支持用户态程序最大限 度地并行执行。
Si（i=1，2，…，n） 是单个语句 Parbegin 和Parend 之间的语句可以并发
执行
并发语句示例
? 前面那个计算任务可以描述为： Parbegin S1； S2； Parend ； S3
并发语句描述手段的优缺点
? 并发语句Parbegin/Parend 的结构化特 征非常好
? 但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（如下图）。
– 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；
– 或直接利用操作系统的系统调用/高级 并发程序库设计并发程序。
并发程序设计语言 --- 并发语句
? 是在传统高级语言基础上增加描述并行 的语句。
? 语法形式 Parbegin S1 ；S2； …Sn； Parend ；
First= nil;
Parbegin Producer(){ do{ … produce an item in nextp; ...
new(P); #获得一空缓冲区 P.inst=nextp; P.next=First; First=P; }while(1); };
Consumer(){ do{ while (first==nil) ; #空循环等 C=First; first=first.next; nextc=C.inst; dispose(C); #释放缓冲区
? 程序设计要利用操作系统对并行运行的 支持（以进程或线程方式），安排并行 事务并行执行。
? 操作系统核心程序也要尽可能地并发运 行
4.1 并发编程
? 计算任务存在并行成分
S1
S2
S3
S1和S2两个子任务可并发执行
? 并发编程有三种方法：
– 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。