操作系统原理演示课件.ppt

1、进程同步的概念
进程运行中的两种制约关系 由于竞争资源形成的间接制约关系； 由于相互合作造成的直接制约关系；
进程同步指多个相关进程在执行次序上的协 调
2、临界资源与临界区
临界资源(critical source)
在一段时间内只允许有限个进程访问的资源 ，如 打印机等I/O设备，缓冲区等
其中：缓冲区是临界资源，而访问缓冲区的代码 是临界区
3、信号量机制
引例：生产者－消费者问题 分析：首先需要定义产品的类型，缓冲区的
长度，读写指针，资源变量counter。 Int n; Int in,out; Structure item; Item buffer[n]; Int counter;
3、信号量机制
Void procedure(){

while(true){

生产一个产品放入 nextp；

wait(mutex);

while(counter==n){no-op;}

buffer[in]=nextp;

in++;

counter++;

single(mutex);}
}
3、信号量机制
3、信号量机制
Void procedure(){

while(true){

生产一个产品放入 nextp；

while(counter==n){no-op;}

buffer[in]=nextp;

in++;

counter++;}
}
3、信号量机制
Void comsumer(){

while(true){
操作系统原理
第二章 进程管理
第三节 进程同步
主要内容 进程同步的概念 临界资源与临界区 信号量机制 管程机制 典型的进程同步问题
1、进程同步的概念
多道系统与多任务系统——程序的并发执
行——程序执行失去封闭型——引入进程的
概念——使得多进程能够并发执行并能够保
证运行环境封闭与进程的独立性——问题：
1、进程同步的概念
P1、P2两个进程的执行顺序是随机的，P1、 P2可能顺序执行或交错执行。 由图可见，不 同的执行顺序，COUNT值会不同，这是不允 许的。出现这种现象的原因，在于在一个进 程执行过程中，该进程能够修改的全局变量 如 COUNT应该不允许其他进程修改。即在 进程P1执行前，必须保证在P1执行过程中没 有其他进程修改COUNT的值
C程序
Void wait(semaphore){

s.value--;

if(s.value<0){
该进程；
将调用wait操作的进程放入s.L,阻塞

｝
｝
3、信号量机制
void single(simaphore){

s.value++;

if(s.value<=0) {

将s.L中第一个进程去掉，并放入就绪
同步机制应遵循的规则 空闲让进； 忙则等待； 有限等待；对要求进入临界区的进程，应在
有限时间内使之进入，以免陷入“死等”。 让权等待；对于等待进入临界区的进程而言，
它必须立即释放处理机，以免进程“忙等”
2、临界资源与临界区
例：生产者－消费者题
有一个或多个生产者生产某着类型的产品 （数据、记录、字符等等），并放置在缓冲区中； 有一个或多个消费者从缓冲区中取数据，每次取 一项；系统保证对缓冲区的操作是互斥进行的， 即每次只有一个进程能够访问缓冲区。
3、信号量机制
用一个数据结构来描述临界资源的的使用状 态或给临界资源加锁，这个数据结构就是信
号量
（1）整形信号量：用一位整数表示临界资源 的忙闲状态
原子操作：wait(S): while S≤0 do no-op

S∶=S-1;

signal(S): S∶=S+1;
3、信号量机制
（1）记录型信号量
队列；

｝
｝
3、信号量机制
在记录型信号量机制中，S.value的初值表示系统中 某类资源的数目， 因而又称为资源信号量，对它的 每次wait操作，意味着进程请求一个单位的该类资 源，因此描述为S.value=S.value-1；

while(counter==0){no-op;}

nextc=buffer[out];

out++;

counter--;

消费nextc中的产品；｝
}
3、信号量机制
问题： 并发执行时，消费者进程与生产者进程都可以改
变counter的值，执行顺序不同，counter的结果也 不一样，而且与实际结果也不相同。 为解决这个问题，引入一个互斥变量mutex，来 控制对变量counter的访问。 引入互斥变量后的生产者消费者代码如下：
由于整形信号量出现忙等现象，因此引入记录型 信号量
type semaphore=record value:integer;
L:list of process; end
struct semaphore{ int value; Listofprocess L; }
3、信号量机制
相应的， wait(S)和signal(S)操作可描述为：
Void comsumer(){

while(true){

wait(mutex);

while(counter==0){no-op;}

nextc=buffer[out];

out++;

counter--;

single(mutex);

消费nextc中的产品；｝
}
Mutex是互斥变量，它是一个整型数，称为整形信号量
如何进行资源共享？
解决办法（1）排队，有共享资源控制访问—
—需要专门的守护进程，增加了开销

（2）由用户进程控制访问——互斥
1、进程同步的概念
先看一个例子：进程P1、P2公用一个变量 COUNT，初始值为0
当P1完成COUNT ＝1， 当P2完成，COUNT ＝2
交错执行，进程执行完 成后，COUNT ＝1
临界区(critical section)
每个进程中访问临界资源的那段代码 ，被称之为 进程的临界区
可把一个访问临界资源的循环进程描述如下：
2、临界资源与临界区
repeat


critical section;


remainder section;
until false;
2、临界资源与临界区