逄 第三章进程同步04

3.6 进程同步 3.6.1 同步的概念
进程Pc 合作完成计算和打印任务。 例：进程Pc 和 Pp 合作完成计算和打印任务。
Pc 计算 放入
缓冲区buf 缓冲区buf 取出结果
Pp 打印
（条件=buf空） 条件=buf空 =buf
（条件=buf非空） 条件=buf非空） =buf非空
3.6.1 同步的概念
进程间的制约关系
1）间接制约： 间接制约： 进行竞争，独占分配到的共享资源。 进行竞争，独占分配到的共享资源。 进程间要通过某种中介发生联系， 互斥 进程间要通过某种中介发生联系，是无意识 安排的，可发生在相关进程之间， 安排的，可发生在相关进程之间，也可发生在无关 进程之间。 进程之间。 直接制约： 2）直接制约： 进行协作，等待来自其他进程的信息。 进行协作，等待来自其他进程的信息。 进程间的相互联系是有意识的安排的， 同步 进程间的相互联系是有意识的安排的，直接 作用只发生在相关进程间 只发生在相关进程间。 作用只发生在相关进程间。
注意
信号量： 信号量： P操作的顺序至关重要，一个同步 操作与一个互斥 操 操作的顺序至关重要， 操作与一个互斥P操 操作的顺序至关重要 一个同步P操作与一个互斥 作在一起时，同步P操作应在互斥 操作前，而两个V 作在一起时，同步 操作应在互斥P操作前，而两个 操作应在互斥 操作前 操作无关紧要。 操作无关紧要。 互斥---PV操作在同一个进程中 互斥 操作在同一个进程中 同步---PV操作在不同的进程中 同步 操作在不同的进程中
Buf’ Until Buf =空 计算 得到计算结果 Buf<Buf<-计算结果 Goto A
思考： 思考：如果 缓冲区不允 许两个进程 同时访问， 同时访问， 该采取什么 措施？ 措施？
3.6.1 同步的概念
上述描述方法的缺点： 上述描述方法的缺点： 反复测试语句造成CPU时间的极大浪费，这是操作系统 反复测试语句造成CPU时间的极大浪费， CPU时间的极大浪费 设计要求不允许的。 设计要求不允许的。 引起问题的原因： 引起问题的原因： 进程Pc Pp的执行互相制约 Pc、 的执行互相制约。 进程Pc、Pp的执行互相制约。 问题的解决： 问题的解决： 直接制约的进程互相给对方进程发送信号， 直接制约的进程互相给对方进程发送信号，告之执行 条件已具备。 条件已具备。
3.6.2 私有信号量
可把各进程之间发送的消息作为信号量看待。 可把各进程之间发送的消息作为信号量看待。 -----同步中使用的信号量称为私用信号量，互斥中使用的信 同步中使用的信号量称为私用信号量， 同步中使用的信号量称为私用信号量 号量称为公用信号量。 号量称为公用信号量。 私用信号量：只与制约进程及被制约进程有关，用于同步。 私用信号量：只与制约进程及被制约进程有关，用于同步。 公用信号量：与整组并发进程有关，用于互斥。 公用信号量：与整组并发进程有关，用于互斥。
Pc:
不采取任何制约措施，两个进程的描述如下： 不采取任何制约措施，两个进程的描述如下：
Pp: A: Buf’ local Buf Repeat Buf’ Buf Buf B: local Pri Repeat Pri Buf ≠空 Until Pri ≠空 打印Buf中的内容 打印Buf中的内容 Buf 清除Buf中的内容 清除Buf中的内容 Buf Goto B
Pc: A: wait(Bufempty) 计算 Buf<-计算结果 计算结果 Bufempty<-false signal(Buffull) Goto A Pp: B: wait(Buffull) 打印Buf中的数据 中的数据 打印 清除Buf中的数据 中的数据 清除 Buffull<-false signal(Bufempty) Goto B
3.6.3 用P、V原语实现进程同步
如果做如下修改： 如果做如下修改： 设初始值close=0 stop=0，表示车正在运行。 close=0， 2）设初始值close=0，stop=0，表示车正在运行。 上述描述应该如何？ 上述描述应该如何？
P1: A:启动 A:启动 行车 停车 V(stop) P(close) Goto A P2: B: P(stop) 开门 关门 V(close) 售票 Goto B
注：x是缓冲区号
3.6.3 用P、V原语实现进程同步
例：设公共汽车上，司机和售票员的活动如下。在汽车 设公共汽车上，司机和售票员的活动如下。 不断到站停车、行驶过程中， 不断到站停车、行驶过程中，这两个活动有什么同步关 原语实现他们的同步。 系？用P、V原语实现他们的同步。
司机 P1： ： 启动 正常运行 到站停
售票员 P2： ： 关门 售票 开门
3.6.3 用P、V原语实现进程同步
1）设close为进程P1的私有信号量，表示售票员是否 close为进程P1的私有信号量， 为进程P1的私有信号量 关门，stop为进程P2的私有信号量 为进程P2的私有信号量， 关门，stop为进程P2的私有信号量，表示车辆是否 停止到站。 停止到站。 设初始值close=1 stop=0，表示车正在运行。 close=1， 2）设初始值close=1，stop=0，表示车正在运行。 描述： 3）描述： P1: P2: A:P(close) 启动 行车 停车 V(stop) Goto A B:P(stop) 开门 关门 V(close) 售票 Goto B
3.6.1 同步的概念
解决办法一：合作进程互相发送信号（消息或事件）。 解决办法一：合作进程互相发送信号（消息或事件）。 wait（消息名） wait（消息名） signal（消息名） signal（消息名） Pc 计算
非空 缓冲区buf 缓冲区buf 空 Pp 打印
过程wait功能：等待到消息名为true继续执行。 过程wait功能：等待到消息名为true继续执行。 wait功能 true继续执行 过程signal功能：向合作进程发送所需要的消息名， 过程signal功能：向合作进程发送所需要的消息名，并将 signal功能 其值设置为true。 其值设置为true。 true
3.6.1 同步的概念
同步：在异步环境（执行起始时间随机，速度独立） 同步：在异步环境（执行起始时间随机，速度独立）下 的一组并发进程，因直接制约互相发送消息而进行合作、 的一组并发进程，因直接制约互相发送消息而进行合作、 互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程。 互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程。 合作进程： 合作进程：具有同步关系的一组并发进程 消息（事件）： ）：合作进程间互相发送的信号 消息（事件）：合作进程间互相发送的信号 怎样理解进程同步？ 怎样理解进程同步？ 系统中一些进程需要相互合作， 系统中一些进程需要相互合作，共同完成一项任 务。一个进程运行到某一点时要求另一伙伴进程为它 提供消息，在未获得消息之前，该进程处于等待状态， 提供消息，在未获得消息之前，该进程处于等待状态， 获得消息后被唤醒进入就绪态
3.6.3 用P、V原语实现进程同步
用P、V原语和信号量来描述两个进程的同步关系。 原语和信号量来描述两个进程的同步关系。
Biblioteka Baidu
Pa
解：
Buf1
Buf2
Bufn
Pb
1）设Bufempty为进程Pa的私有信号量，表示空缓冲区的个 Bufempty为进程Pa的私有信号量， 为进程Pa的私有信号量 Buffull为进程Pb的私有信号量 表示满缓冲区个数。 为进程Pb的私有信号量, 数，Buffull为进程Pb的私有信号量,表示满缓冲区个数。 2）初始值Bufempty=n， Buffull=0 初始值Bufempty=n， Bufempty=n 3）描述： 描述：
3.6.3 用P、V原语实现进程同步
Pa:deposit(data): Pb:remove(data) begin local x begin local x P(Bufempty) P(Buffull); 选择一个空Buf(x) 按FIFO选择一个满 选择一个满Buf(x) 按FIFO选择一个空 选择一个空 选择一个满 Buf (x) data data Buf(x) Buf(x)置满标记 Buf(x)置空标记 置满标记 置空标记 V(Buffull) V(Bufempty); end end
3.6.1 同步的概念
利用wait和signal描述进程Pc 利用wait和signal描述进程Pc 和 Pp 的同步关系 wait 描述进程 解： 设消息名Bufempty表示Buf Bufempty表示Buf空 Buffull表示Buf满 表示Buf 1）设消息名Bufempty表示Buf空，Buffull表示Buf满, 初始化Bufempty=true Bufempty=true， Buffull=false， 2）初始化Bufempty=true， Buffull=false， 3）描述
3.6.3 用P、V原语实现进程同步
int s1=1; int s2=0; main() { cobegin driver(); busman(); coend } busman() driver() { { while(1) while(1) { { P(s2) P(s1); 开门 启动车辆; 启动车辆; 关门 正常行车; 正常行车; V(s1) 到站停车; 到站停车; 售票 V(s2); } } } }
3.6.4 生产者-消费者问题 生产者Producer 1 生产指针 Producer 2 ... Producer M 满 空 消费指针 Consumer 1 Consumer 2 ... Consumer K
共享缓冲区n 共享缓冲区n
指针移动方向
解： 设公用信号量mutex保证生产者消费者进程之间的互斥， mutex保证生产者消费者进程之间的互斥 1）设公用信号量mutex保证生产者消费者进程之间的互斥，设 信号量avail为生产者进程的私有信号量， avail为生产者进程的私有信号量 信号量avail为生产者进程的私有信号量，表示有界缓冲区 中空单元的数目，full为消费者进程的私有信号量 为消费者进程的私有信号量， 中空单元的数目，full为消费者进程的私有信号量，表示有 界缓冲区中非空单元的数目。 界缓冲区中非空单元的数目。 设初始值mutex=1 avail=n，full=0。 mutex=1， 2）设初始值mutex=1，avail=n，full=0。 描述： 3）描述： remove(data): deposit(data): begin begin P(full) P(avail) P(mutex) P(mutex) 取缓冲区中某单元数据 送数据入缓冲区某单元 V(avail) V(full) V(mutex) V(mutex) end end