第二章 进程管理 2.4-2.7

Begin wait(full); Wait(mutex); 消费； 消费； signal(mutex); Signal(empty)； ； End； ；
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注：一般说来：singal原语是释放资源 一般说来：singal原语是释放资源
的，可以任意顺序出现，wait原语不然， 可以任意顺序出现，wait原语不然， 原语不然 如果次序混乱将造成死锁 死锁。 如果次序混乱将造成死锁。
？ 进 餐
准备进餐
？
？
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2 利用记录型信号量解决
基本工作：思考，进餐。 基本工作：思考，进餐。 同步？ 同步？ 无 互斥？有 互斥？ 临界资源为筷子。一只筷子 编号为 编号为i) 临界资源为筷子。一只筷子(编号为 可定义一个信号量数组来描述五支筷子。 可定义一个信号量数组来描述五支筷子。 var chopstick:array[0..4] of semaphore :=1, 1, 1, 1, 1; 所有信号量初值为1， 所有信号量初值为 ， 一个互斥信号量
2 执行过程： 执行过程：
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生产者－消费者动画演示（ ） 生产者－消费者动画演示（1）
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生产者－消费者动画演示（ ） 生产者－消费者动画演示（2）
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生产者－消费者动画演示（ ） 生产者－消费者动画演示（3）
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生产者－消费者动画演示（ ） 生产者－消费者动画演示（4）
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4 利用AND信号量解决 利用AND信号量解决
parbegin producer: begin repeat producer an item in nextp; Swait(empty,mutex); buffer(in):=nextp; in:=(in+1) mod n; Ssignal(mutex,full); until false; end consumer: begin repeat Swait(full,mutex) ; nextc:=buffer(out); out:=(out+1) mod n; Ssignal(mutex,empty); until false; end Parend
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3 生产者－消费者问题完整描述： 生产者－消费者问题完整描述：
设有n个缓冲区，为实现对缓冲池的互斥操作： 设有 个缓冲区，为实现对缓冲池的互斥操作： 个缓冲区 互斥信号量mutex；资源信号量empty表示空缓冲的个 ；资源信号量 互斥信号量 表示空缓冲的个 表示满缓冲的个数； 表示满缓冲的个数 数，full表示满缓冲的个数； 定义数组buffer[ ]表示缓冲区。 表示缓冲区。 定义数组 表示缓冲区 输入指针in指示下一个可放消息的缓冲区； 输入指针 指示下一个可放消息的缓冲区；输出指针 指示下一个可放消息的缓冲区 指示下一个可取消息的缓冲区。 out指示下一个可取消息的缓冲区。 指示下一个可取消息的缓冲区 var mutex,empty,full：semaphore ：1，n，0； ： ， ， ； buffer：array[0，…，n-1] of item; ： ， ， in , out : integer：=0，0； ： ， ；
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0
2
1
2 1
4）用AND信号量机制可获得最简洁解法。 ） 信号量机制可获得最简洁解法 信号量机制可获得最简洁解法。
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3 用AND信号量机制解决 AND信号量机制解决
var chopstick:array [0,…,4] of semaphore:=(1,1,1,1,1); process i repeat think; Swait(chopstick[(i+1) mod 5],chopstick[i]); eat; Ssignal(chopstick[(i+1) mod 5],chopstick[i]); until false; 哲学家问题对于多个竞争进程互斥地访问有限资源( 哲学家问题对于多个竞争进程互斥地访问有限资源(如I/O 设备)这一类问题的建模十分有用。 设备)这一类问题的建模十分有用。
consumer: begin repeat wait(full) ; wait(mutex); nextc:=buffer(out); out:=(out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); until false; end Parend
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哲学家进餐活动可描述为： 哲学家进餐活动可描述为：
Var chopstick: array [0..4] of semaphore:=1, 1, 1, 1, 1; Begin Parbegin process i ( i=0, 1, 2, 3, 4): begin Repeat Think； ； wait(chopstick[i])； ； wait(chopstick[i+1] mod 5)； ； eat ； signal(chopstick[i]； ； signal(chopstick[i+1] mod 5)； ； until false; end parend end
注 意：
1）wait(mutex)和signal(mutex)必成对出现 ） 和 必成对出现 2）empty和full的wait和signal操作也必成对出现， ） 操作也必成对出现， 和 的 和 操作也必成对出现 但是在不同的进程中。 但是在不同的进程中。 3）wait原语顺序不能颠倒，signal原语顺序可任意。 ） 原语顺序不能颠倒， 原语顺序可任意。 原语顺序不能颠倒 原语顺序可任意 思考： P82习题23、 习题23 思考： P82习题23、24
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parbegin producer: begin repeat producer an item in nextp; wait(empty); wait(mutex) ; buffer(in):=nextp; in:=(in+1) mod n; signal(mutex); signal(full) ; until false; end
and consumer problem)
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使用方向 主要考虑的问题： 主要考虑的问题： 缓冲区满或空； 缓冲区满或空； 竞争条件。 竞争条件。 供应方向
注 意：
1）缓冲池不满就可放入，不空就可取出； ）缓冲池不满就可放入，不空就可取出； 2）不允许消费者到空缓冲中取消息（判空，则阻塞）； ）不允许消费者到空缓冲中取消息（判空，则阻塞）； 3）不允许生产者向满缓冲中放消息（判满，则阻塞）； ）不允许生产者向满缓冲中放消息（判满，则阻塞）； 4）对缓冲池的操作要求互斥。 ）对缓冲池的操作要求互斥。
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三、读者---写者问题（Reader/Writer 读者---写者问题 --1 问题描述： 问题描述：
Problem） Problem）
一个数据对象被多个进程共享。其中有些进程要求读， 一个数据对象被多个进程共享。其中有些进程要求读，另 一些进程要求写或修改。要求读的进程称为“ 进程” 一些进程要求写或修改。要求读的进程称为“reader进程”； 进程 其它的称为“writer进程 。允许多个reader进程同时执行； 其它的称为“ 进程”。允许多个 进程同时执行； 进程 进程同时执行 不允许一个writer进程和其它 进程和其它reader进程或 进程或writer进程同时访 不允许一个 进程和其它 进程或 进程同时访 问共享对象。 问共享对象。
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§2.4 经典进程同步问题
Classical process synchronization problem 一、生产者--消费者问题(producer 生产者--消费者问题 -1 问题描述： 问题描述：
若干进程通过有限的共享缓冲区（缓冲池）交换数据。 若干进程通过有限的共享缓冲区（缓冲池）交换数据。 “生产者”进程不断将信息放入缓冲区 生产者”进程不断将信息放入缓冲区; 将信息放入缓冲区 “消费者”进程不断从缓冲区中取出信息； 消费者”进程不断从缓冲区中取出信息； 消费者 从缓冲区中取出信息 共享缓冲区共有N个；任何时刻只能有一个进程可对共享缓 共享缓冲区共有 个 冲区进行操作。 冲区进行操作。设缓冲池为循环存储结构
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各生产者进程使用的过程produce (data) 各生产者进程使用的过程 各消费者使用的过程consume (data)可描述如下： 可描述如下： 各消费者使用的过程 可描述如下
produce(data)； ；
Begin wait(empty); wait(mutex); 送数据入缓冲区单元 Signal(mutex)； ； Signal(full); End； ；
此算法有无问题？ 此算法有无问题？
“Dead“Dead-Lock”
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哲学家进餐“死锁” 哲学家进餐“死锁”问题解决方法
1) 规定在拿到左筷子后，先检查右筷子是否可用。若不可 规定在拿到左筷子后，先检查右筷子是否可用。 则先放下左筷子，等一段时间再重复整个过程。 用，则先放下左筷子，等一段时间再重复整个过程。 但该方法可能出现“饥饿” 但该方法可能出现“饥饿”现象 2）至多允许四个人同时进餐，保证至少一个能进餐。 ）至多允许四个人同时进餐，保证至少一个能进餐。 设一个信号量v，初值为4。 设一个信号量 ，初值为 。 3）规定奇数号人先拿左筷子，后拿右筷子；偶数号人先拿 ）规定奇数号人先拿左筷子，后拿右筷子； 右筷子，后拿左筷子。五个哲学家都先竞争奇数号筷子， 右筷子，后拿左筷子。五个哲学家都先竞争奇数号筷子，获 得后再竞争偶数号筷子。 得后再竞争偶数号筷子。最后总有一个哲学家能获得两只筷 子。