第3章 进程的同步与通信

3.1.2
临界区(critical sections)
3. 有限等待 对要求访问临界资源的进程，应保证进程能在有限时 间进入临界区，以免陷入“饥饿”状态。 4. 让权等待 当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机 ，以免进程陷入忙等。
3.1.3
利用软件方法解决进程互斥问题
问题：有二个进程Pi和Pj互斥共享临界资源R， begin parbegin Pi; Pj; parend end
Pi: repeat while flag[j] do no_op; flag[i]:=true; critical_section; flag[i]:=false; remainder section; until false
Pj： repeat while flag[i] do no_op; flag[j]:=truபைடு நூலகம்; critical_section; flag[j]:=false; remainder section; until false
第三章 进程的同步与通信
内容 进程同步的基本概念 信号量机制 经典进程同步问题
第三章 进程的同步与通信
目的及要求
理解临界资源和临界区的概念，初步领会进程同步机制 应遵循的准则； 理解和掌握整型信号量和记录型信号量机制； 熟练掌握利用信号量机制解决经典进程同步问题；
第三章 进程的同步与通信
3.1.4
利用硬件方法解决进程互斥问题
一．利用Test－and－Set指令实现互斥
1. Test－and－Set指令 在许多机器中都有这样的指令，不同机器的相应指令的 功能是相同的，因而我们不局限于某特定的机器去定义 Test－and－set指令为 function TS（var lock：boolean）：boolean； begin TS:=lock； lock:= true； end 其中，lock有两种状态：当lock= false时，表示该资 源空闲；当lock= true时，表示该资源正在被使用。
3.1.3
利用软件方法解决进程互斥问题
三．算法3：双标志、后检查
1. 为了解决这一问题，在算法3中仍然使用了数flag[n]
，但令flag[i]= true表示进程Pi希望进入临界区，即每当
进程Pi要进入临界区前，先将flag[i] 置为ture，表示进 程Pi已要求进入临界区。 2. 然后再去查看Pj的标志。若此时 flag[j]=true，则 pi等待；否则，Pi进入临界区。换言之，算法3是使要进入 临界区的进程先设置其要求进入的标志，然后，再去查看 其它进程的标志。
entry section critical section exit section remainder section
3.1.2
临界区(critical sections)
二．同步机制应遵循的准则
用于保证多个进程在执行次序上的协调关系的相应机制称 为进程同步机制。 1. 空闲让进 当无进程进入临界区时，相应的临界资源处于空闲状 态，因而允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的 临界区。 2. 忙则等待 当已有进程进入自己的临界区时，即相应的临界资源 正被访问，因而其它试图进入临界区的进程必须等待，以 保证进程互斥地访问临界资源。
3.1.3

利用软件方法解决进程互斥问题
该算法可确保每次只允许一个进程进入临界区。但是，强 制两个进程轮流地进入临界区，很容易造成资源利用不充 分。 例如，当进程只退出临界区后将 turn置为j，以便允许 P j进入临界区。但如果进程Pj暂时并未要求访问该临界资 源，而Pi又想再次访问该资源，但它却无法进入临界区。 可见，此算法不能保证实现“空闲让进”的准则l。
3.1.1
临界资源(Critical Resources)
象打印机这类资源一次只允许一个进程使用的资源称为 临界资源。属于临界资源有硬件打印机、磁带机等，软件在消 息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等。当然还有一类象磁盘等 资源，它允许进程间共享，即可交替使用，所以它称为共享资 源，而临界资源又称独享资源。 进程在并发执行时为了保证结果的可再现性，各进程执行 序列必须加以限制以保证互斥地使用临界资源，相互合作完成 任务。
3.1.2
临界区(critical sections)
一．临界区的定义与进入
1. 临界区(critical section)：进程中访问临界资源的一 段代码。 2. 进入区(entry section)：在进入临界区之前，检查可否 进入临界区的一段代码。如果可以进入临界区，通常设 置相应“正在访问临界区”标志 3. 退出区(exit section)：用于将“正在访问临界区”标志 清除。 4. 剩余区(remainder section)：代码中的其余部分。
3.1.4
利用硬件方法解决进程互斥问题
完全利用软件方法来解决诸进程互斥进入临界区 的问题，有一定难度，且有很大局限性，因而现代已 很少采用此方法。 针对这一点，现在有许多计算机已提供了一些特 殊的硬件指令，这些指令允许对一个字中的内容进行 检测和修正，或交换两个字的内容等。可利用这些特 殊的指令来解决临界区问题。 下面介绍两条特殊硬件指令，以及利用它们来解 决临界区问题的方法。
3.1.3
利用软件方法解决进程互斥问题
Pi: repeat flag[i]:=true; turn:=j; while (flag[j] and turn=j) do no_op; critical_section; flag[i]:=false; remainder section; until false Pj: repeat flag[j]:=true; turn:=i; while (flag[i] and turn=i) do no_op; critical_section; flag[j]:=false; remainder section; until false
3.1.3
利用软件方法解决进程互斥问题
一．算法1：单标志
设置一个公用整型变量turn，用于指示被允许进入临界区 的进程的编号，即若turn=i，表示允许进程Pi 进入临界区。 Pi进程: Pj进程:
repeat while turn≠i do no op; Critical section turn:=j; Remain Section until false repeat while turn≠j do no op; Critical section turn:=i; Remain Section until false
3.1.3
利用软件方法解决进程互斥问题
四．算法4：先修改、后检查、后修改者等待
1. 该算法是组合了算法1和算法3中的关键概念而形成的
2.
3. 4. 5.
新算法为每个进程设置了相应的标志位flag[i]，当flag[i]=true 时，表示进程Pi要求进入临界区。
此外，还设置了一个turn变量，用于指示允许进入临界区的进程 编号。 进程Pi 为了进入临界区先置flag[i]为true，并置turn为j，表示 应轮到进程j进入临界区。 接下去再判别flag[j] and turn=j的条件是否满足。若未满足即f alse，则可进入临界区；否则等待。或者说，当 flag[j]=false 或者turn= i时，进程pi可以进入临界区。前者表示pj未要求进入 临界区，后者表示仅允许Pi进入临界区。
重点
临界资源和临界区的概念； 记录型信号量机制； 利用信号量机制解决经典进程同步问题；
难点
利用软件方法解决进程互斥问题； 利用信号量机制解决经典进程同步问题；
3.1

进程同步的基本概念
资源共享关系 （Cooperation Among Processes by Sharing）
3.1.3
利用软件方法解决进程互斥问题
Pi: Pj: repeat repeat flag[i]:=true; flag[j]:=true; while flag[j] do no_op; while flag[i] do no_op; critical_section; critical_section; flag[i]:=false; flag[j]:=false; remainder section; remainder section; until false until false
3.1.4
利用硬件方法解决进程互斥问题
2. 利用TS实现进程互斥 为了实现诸进程对临界资源的互斥访问，可为每个临界 资源设置一个布尔变量 lock，并赋予其初值为false，以 表示资源空闲。 利用TS指令实现互斥的Pi进程可描述为：
repeat
while TS(lock) do no－loop； critical section; lock:= false; remainder section until false；
在某些进程之间还存在合作关系，例如一个程序的输入、计算、打印三 个程序段作为三个进程并发执行，由于这三个进程间存在着相互合作的关系 ，即先输入再计算、最后再打印的关系，所以这三个进程在并发执行时推进 序列受到限制，要保证其合作关系正确，进程间这种关系称为同步关系
3.1
进程同步的基本概念
3.1.1 临界资源 3.1.2 临界区 3.1.3 利用软件方法解决进程互斥问题 3.1.4 利用硬件方法解决进程互斥问题
3.1.4
利用硬件方法解决进程互斥问题
2. 利用Swap实现进程互斥
在利用Swap实现进程互斥时，可为临界资源设置一个全局布尔 变量lock，其初值为false(表示可用)，在每个进程中再利用一个 局部布尔变量key。利用 Swap指令实现进程互斥的Pi进程可描述 为： repeat key:=true; 利用硬件指令能有效地实现过程互斥， repeat 但它却不能满足“让权等待”的准则， Swap(lock,key); 造成处理机时间的浪费， until key=false; 而且也很难将它用于解决较复杂的进程同步 问题。 critical section; lock:= false; remainder section until false；