进程管理2-2

错误3: 在实现进程互斥时，如果在程序中遗漏了wait(mutex) 操作，将会使多个进程同时活跃在临界区； 而如果遗漏了signal(mutex)操作，则将会使其它进程 无法再进入临界区； 而如果已有进程因不能进入临界区而阻塞，则该进程将 永远不会被唤醒。
为很好的解决上述问题，引入了新的进程 同步工具——管程
利用信箱通信时在发送进程和接收进程之间， 存在以下4中关系： 1）一对一关系。为发送进程和接受进程建 立一条两者专用的通信链路； 2）多对一关系。允许提供服务的进程与多 个用户进程之间进行交互； 3）一对多关系。允许一个发送进程与多个 接受进程进行交互； 4）多对多关系。允许建立一个共用信箱， 多个进程都能向信箱中投递消息，也可从信箱 中取走属于自己的信息；
until false; end
2、间接通信方式
发送进程将消息发送到某种中间实体中（信箱）， 接收进程从中取得消息。 也称信箱通信。在网络中称为电子邮件系统。系统 为信箱提供了若干条原语： （1）信箱的创建和撤消； （2）消息的发送和接收；
Send(mailbox,message); 将一个消息发送到指定信箱； Receive(mailbox,message源自;从指定信箱接收一个消息；
利用直接通讯原语解决生产者-消费者问题
生产者-消费者的通讯过程可描述为： producer: begin repeat 生产一个产品nextp Send(consumer,nextp); until false; end
consumer: begin repeat
Recevie(producer,nextc); 消费nextc产品;
PROCEDURE entry get(nextc: item); BEGIN
if count<=0 then notempty.wait(); nextcbuffer[out]; out (out+1) mod n; count count - 1; if notfull.queue then notfull.signal();
基于管程的消费者子程序设计
consumer: Var nextc: item; PC.get(nextc); begin repeat wait(full); wait(mutex); nextcbuffer[out]; out (out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); consume the item in nextc; until false; end
if count>=n then notfull.wait(); buffer[in] nextp; in (in+1) mod n; count count + 1; if notempty.queue then notempty.signal();
END;
生产者-消费者管程设计
如果有进程Q处于阻塞状态，当进程P执行 了X.signal操作后，怎样决定由哪个进程执 行，哪个等待？可采用以下两种方式之一： （1）P等待，直到Q离开管程或等待另一条 件。 （2）Q等待，直到P离开管程或等待另一条 件。
基于管程的生产者子程序设计
producer: Var nextp: item; begin PC.put(nextp); repeat produce an item in nextp; wait(empty); wait(mutex); buffer[in] nextp; in (in+1) mod n; signal(mutex); signal(full); until false; end
生产者-消费者管程设计要领

循环缓冲及操作机制

循环缓冲 buffer: array [0..n-1] of item; 生产/消费指针 in, out: integer 0, 0; 已有消息数目 count: integer 0;
notfull/notempty 设置进程等待队列 设置同步操作原语wait与signal


共享数据 条件变量及 x 紧急等待队列 y
入口等待队列
…
一组操作过程 初始化代码
管程的语法描述如下：
Type monitor-name=monitor Variable declarations Procedure entry P1(…); begin … end; Procedure entry P2(…); begin … end; … Procedure entry Pn (…); begin … end; Begin initialization code; end


条件变量设计

针对每个条件变量

生产者-消费者管程设计
TYPE producer-consumer = monitor; var in, out, count : integer; buffer: array [0..n-1] of item; notfull, notempty: condition; PROCEDURE entry put(nextp: item); BEGIN
注意： 局部于管程的数据结构，仅能被局部于管程的过 程所访问，任何管程的过程都不能访问； 局部于管程的过程也仅能访问管程内的数据结构。 由此可见，管程相当于围墙，它把共享变量和对 它进行操作的若干过程围了起来，所有进程要访问 临界资源时，都必须经过管程（相当于通过围墙的 门）才能进入，而管程每次只准许一个进程进入管 程，从而实现了进程互斥。
管程的引入
基于信号量的进程同步机制的弊端
各临界资源访问进程均须自备同步操作
大量同步操作分散不利于系统管理 同步操作使用不当可能导致系统死锁
对策
软硬件资源及操作抽象描述为管程
并发进程间的同步操作，分别集中于相应的
管程中，由管程专职负责同步方案
错误1：在利用互斥信号量mutex实现进程互斥时，如果将 wait(s)与signai(s)颠倒， 即： signal(mutex); critical section wait(mutex); 在这种情况下，可能会有几个进程同时进入临界区，因 而同时去访问临界资源。
对于这样的错误仅在几个进程同时活跃在临界区内时， 才可能发现，而这种情况又并非总是可以发现的。
错误2: 在实现进程互斥时，如果程序中的signal(mutex)被误 写为wait(mutex), 即： wait(mutex); critical section wait(mutex); 此时的mutex将被出错的进程连续两次地执行wait操 作，因而变成-1，这样将会使任何其它进程都不能进入 临界区； 从而也不会再有进程执行signal(mutex)操作，去唤 醒出错的进程。在这种情况下，将发生死锁。

(2)基于共享存储区的通信方式 高级通信，在存储器中划出一块共享存储区， 进程在通信前，向系统申请共享存储区中的一 个分区，并指定该分区的关键字，若系统已经 给其它进程分配了这样的分区，则将该分区的 描述符返回给申请者。接着，申请者把获得的 共享存储分区连接到本进程上，此后可读写该 分区。 以上两种方式的同步互斥都要由进程 自己负责。
发送进程
字符流方式写入读出； 先进先出顺序；
接收进程
提供3方面协调能力： 互斥、同步、确定对方 是否存在；
2.5.2 消息传递通讯的实现方法
消息传递系统可分为：直接通信方式和间接通信方式。 1、直接通信方式 发送进程直接把消息发送给接收者，并将它挂在接 收进程的消息缓冲队列上。接收进程从消息缓冲队列中 取得消息。 系统提供以下两条通讯命令（原语）： Send(Receiver,message);发送一个消息给接收进程； Receive(Sender,message);接收Sender发来的消息；
2、条件变量
在利用管程实现进程同步时,必须设置两个同步操作 原语wait和signal。 当某进程通过管程请求获得临界资源而未能满足时， 管程便调用wait原语使该进程等待，并将它排在等待 队列上。
仅当另一进程访问完成并释放该资源后，管程才又调 用signal原语，唤醒等待队列中的队首进程。

2.5.1 进程通信类型
1、共享存储器系统
2、消息传递系统
3、管道通信
(共享文件方式)
1、共享存储器系统

分为两类: (1)基于共享数据结构的通信方式 诸进程公用某些数据结构，进程通过它们交换 信息。如生产者-消费者问题中的有界缓冲区。 这种通信方式中,公用数据结构的设置及对进程 同步的处理,都是程序员的职责,无疑增加了程序 员的负担---低效!
管程的基本概念

系统中的各种硬件资源和软件资源,均可用数据结 构加以描述。 一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执 行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进 程和改变管程中的数据。 管程有3部分组成： （1）局部于管程的共享变量； （2）对该数据结构操作的一组过程(局部于管程)； （3）对局部于管程的数据设置初始值的语句；
等待原因可能有多个, 为区别多个等待原因，引入了条 件变量condition,管程中对每一个条件变量都予以说明，形 式为： Var x,y: condition 该变量应置于wait和signal之前。可表示为： X.wait 和 X.signal X.wait操作的作用,是一个进程由于X原因进入阻塞队列 , 而X.signal操作的作用,是重新启动一个由于X原因被阻塞 的进程; 如果没有被阻塞的进程, X.signal操作不产生任何后果 , 但信号量机制中的signal操作总要执行s:=s+1操作,这正 是两者的不同;
END;
BEGIN
in out count 0;
END