第7章 进程的并发

int count=0;… P1: int R1； R1=count； R1=R1+1； count=R1； … P2: int R2； R2=count； R2=R2-1； count=R2；
占用CPU的进程 P1 p1被打断，由P2 占用C操作 R1=count R1=R1+1 R2=count R2=R2-1 count=R2 count=R1



静态分配。对资源采用静态分配策略可防止死锁．所谓静 态分配是指进程必须在开始执行前就申请它所要的全部资 源，当得到了所需要的全部资源后才开始执行。显然，采 用静态分配资源后，进程在执行中不再申请资源，因而不 可能出现等待资源的情况，这种分配策略使四个必要条件 中的（2）和（4）不成立，也就不可能发生死锁。 按序分配。把系统所有的资源排一个顺序，规定任何一个 进程申请两个以上的资源时，总是先申请编号小的资源， 再申请编号大的资源。按这种策略分配资源时也不会发生 死锁，因为这种分配策略使四个必要条件中的（4）不成立。 剥夺式分配。这种分配策略是当一个进程申请资源得不到 满足时则可从另一个进程那里去抢夺。这种分配策略目前 只适用于对处理器和生存资源的分配，这种分配策略破坏 了四个必要条件中的（3），可防止死锁的发生。
semaphore S，SO，SE； S=1; SO=SE=0； void R() { int x； while(true) { 从输人设备读一个数； X=读入的数； P（S）； B=X； if （B==奇数） { V（SO）； } else V（SE）； } }
void W1() { int y； while(true) { P（SO）； y=B； V（S）； 打印Y中数； } } void W2() { int Z； while(true) { P（SE）； Z=B； V（S）; 打印Z中数， } }

P操作和V操作可表示成 如下两个过程： semaphore S=1； void P() { S=S-1； if(s<0) W(S); }；（P） void V() { S=S+1； if(S<=0) R(S); }；（V）



（1）信息号S是一个特殊的 整型变量，信量号S的值描 述了可用资源的数量或等待 该资源的进程个数，当S≥0 时表示可用资源数；当S＜0 时其绝对值|S|表示等待该资 源的进程数。 （2）W（S）表示将调用过 程的进程置成等待信号量Ｓ 的状态。 （3）R（S）表示释放一个 等待信号量S的进程。信号 量S的初值为0或1或其它整 数，它应在系统初始化时确 定。
int count； semaphore S； void P2() S=1； { void P1() int R2； { while(true) while(true) { { int R1； P（S）； P（S）； R2=count； R1=count； R2=R2-1； R1=R1+1； count=R2； count=R1； V（S）； V（S）； } } }
第7章 进程的并发
进程的PV操作 7.2 进程的互斥 7.3 进程的同步 7.4 死锁 7.5 进程通信
7.1
本章目标
理解与掌握进程的临界区、PV操作的基本 知识。 理解与掌握进程的互斥与同步的基本知识。 理解与掌握进程通信的信箱的基本知识。

7.1 进程的PV操作
7.1.1 进程的并发性 7.1.2 临界区和临界资源 7.1.3 PV操作
void consumer (int j)(j=1,2,…,r） { while(true) { P（SG）； P（S）； take a product from B[t]； t=（t+1）mod n； V（SP）； V（S）； consume； } }
例4：假定有三个进程R、W1、W2共享一个缓冲器B，而B中 每次只能存放一个数。当缓冲器中无数时，进程R可以从输 入设备上读入数存放到缓冲器B中。若存放到缓冲器中的是 奇数，则允许进程W1将其取出打印；若存放到缓冲器中的 是偶数，则允许进程W2将其取出打印。同时规定：进程R必 须等缓冲器中的数被取出打印后才能再存放一个数；进程 W1或W2对每次存入缓冲器中的数只能打印一次；W1和W2 都不能从空的缓冲器中取数。写出这三个并发进程能正确工 作的程序。 分析进程间制约关系，定义信号量： S：表示是否可以把数存入缓冲器，由于缓冲器中每次只 能放一个数，所以它的初值取为1。 SO：表示缓冲器中是否有奇数，初值为0，表示无奇数。 SE：表示缓冲器中是否有偶数，初值为0，表示无偶数。
7.2 进程的互斥
进程的互斥是指：当有若干个进程都要使用某一共享资源 时，任何时刻最多只允许一个进程去使用，其它要使用该 资源的进程必须等待，直到占用资源者释放了该资源。 利用P-V操作实现互斥： A进程 ……. p(s) 临界区 v(s) …….
B进程 …….. p(s) 临界区 v(s) …….
7.1.3 PV操作
PV操作是由两个操作P操作和V操作组成。这两个操作是 两个不可中断的过程，它们在屏蔽中断的情况下连续执 行。把不可中断的过程称作原语，于是P操作和V操作也 可称为P操作原语和V操作原语简称PV操作。PV操作是 对信号量进行操作，它们的定义如下： P操作P（S）将信号量S减去1，若S<0则调用P（S） 的进程被置成等待信号量Ｓ的状态。 V操作V（S）：将信号量S加1，若S≤0，则释放一个 等待信号量S的进程。

定义两个信号量： SP：表示是否可以把物品存入缓冲器，由于缓冲器中只 能放一件物品，所以SP的初值取为1。 SG；表示缓冲器中是否存有物品，显然，它的初值应该 为0，表示还没有物品。 integer Buffer； void consumer() semaphore SP，SG； { SP=1；SG=0； while(true) void producer() { { P（SG）； while(true) take a product； { produce a product； V（SP）； P（SP）； consume； Buffer=product； } V（SG）； } } }
例3：再进一步讨论m个生产者和r个消费者怎样共享容量为n的 缓冲器。
int B[n]； int k，t； Semphore S，SP，SG；k=0；t=0； SP=n；SG=0；S=1； void produceri(int i)（i=1,2，……m） { while(true) { produce a product; P（SP）； P（S）； B［k］=product； k：=（k＋1) mod n； V（SG）； V（S）； } }
7.1.2 临界区和临界资源
1.临界资源 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。 2.临界区 每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区。 3.与时间有关的错误 4. 临界区的管理要求： ① 一次至多一个进程能够进人临界区，当有进程在临界区 执行时，其它想进人临界区执行的进程必须等待； ② 不能让一个进程无限制地在临界区执行，即任何一个进 人临界区的进程必须在有限的时间内退出临界区； ③ 不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区，即有进 程退出临界区时应让一个等待进入临界区的进程进入它的 临界区执行。 空则让进、忙则等待、等则有限、等则让权。
在7.1的第一个例子中的 两个并发进程都要使用共 享的计数器count，从分 析中看到，只有当一个进 程不在使用count时另一 个进程再去使用，才不会 出错．如果它们交叉地使 用count则会现与时间有 关的错误。为了保证两个 进程互斥地使用计数器 count，可以用PV操作来 管理。定义一个信号量S 的初值为1，把两个并发 进程的程序改写成如下：

7.1.1 进程的并发性
在多道程序设计的系统中，若干个作业可以同时执行， 而每一个作业又需要有多个进程的协作来完成。因此，系统 中会同时存在许多进程，在单处理器的情况下，这些进程轮 流地占用处理器．即一个进程的工作没有全部完成之前，另 一个进程就可开始工作，我们说这些可同时执行的进程具有 并发性，并且把可同时执行的进程称为并发进程。 I1 I2 C1 I3 C2 P1 I4 C3 P2 C4 P3 P4
例如，某游乐场设置了一个自动计数系统，用一个计数器 count指示在场的人数,。当有1人进人时，进程P1实现计数 加１，当退出1人时，进程P2实现计数减１。假定某时刻 的计数值count=n，这时有一个人要进入，正好另一个人要 退出，于是进程P1和P2都要执行。那么各自完成了 count+1和count-1的工作后，计数器的值为多少？
7.4.2 死锁的防止
1.出现死锁的四个必要条件： ① 互斥使用资源：每一个资源每次只能给一个进程使用。
② 占有且等待资源：一个进程申请资源得不到满足时处于
等待资源的状态，且不释放已占资源。 ③ 非抢夺式分配：任何一个进程不能抢夺另一个进程所占 的资源，即已被占用的资源只能由占用进程自己来释放。 ④ 循环等待资源：存在一组进程，其中每一个进程分别等 待另一个进程所占用的资源。 2.采用一定的资源分配策略破坏这四个必要条件中的一个条 件，则死锁就可防止。
count值 n
占用CPU的进程
执行的操 作
count值
P2
p2被打断，由P1 占用CPU并 运行到结束
R2=count R2=R2-1
R1=count R1=R1+1 count=R1
n
n+1
n-1 n+1
P2继续运行
count=R2
n-1
这两个进程的执行次序对结果是有影响的，关键是它们涉及到共享变量 count，且两者交替访问了count，在不同的时间里访问count，就可能 使count的值不同。所以，造成计数值不正确的因素是与进程被打断的 时间和能占用处理的时间有关，由于这种原因造成的错误称为“与时间 有关的错误”。