操作系统中的并发访问控制技术
《并发控制》课件
这个PPT课件将带你了解并发控制的基本概念、重要性以及各种策略和技术。 让我们一起探索并发控制的不同方面和未来发展方向。
什么是并发控制?
并发控制是指在多用户环境下，对并发访问数据库的各种操作进行协调和管 理的一种技术。它的目标是保证数据的一致性和隔离性。
并发控制的作用与意义
事务执行过程中数据库从一个一致状态转换到另 一个一致状态。
隔离性
事务之间相互隔离，各自独立运行，互不干扰。
持久性
事务一旦提交，对数据库的修改就是永久性的。
事务的提交与撤销
1 提交事务
将事务的修改结果持久化到数据库中，使其对其他事务可见。
2 撤销事务
撤销事务的修改操作，将数据库恢复到事务开始之前的状态。
日志文件的作用与种类
1 作用
记录数据库的操作和修改过程，用于数据库 的恢复和重做操作。
2 种类
包括事务日志、撤销日志和重做日志等。
数据库恢复的两种常用方法
基于备份
使用数据库备份文件进行恢复，可以恢复整个数据库的一致性状态。
基于日志
根据日志文件的记录，对数据库进行恢复和重做操作，使其回到一致性状态。
1 数据一致性保证
通过并发控制，可以避免数据被多个并发操作同时修改而导致不一致的情况发生。
2 并发性能优化
有效的并发控制策略可以提高数据库系统的并发处理性能，降低响应时间。
3 资源利用率提高
合理的并发控制可以充分利用系统资源，提高系统利用率。
并发控制策略的分类
乐观并发控制
基于假设操作之间的冲突很少发生，采用乐观锁和版本号等机制来解决冲突。
2 已提交读
一个事务中的修改只有在提交后才能被其他 事务读取，避免了脏读的问题。
操作系统实验二并发与调度
实验二并发与调度一、实验目的在本实验中，通过对事件和互斥体对象的了解，来加深对Windows 2000线程同步的理解。
通过分析实验程序，了解管理事件对象的API。
了解在进程中如何使用事件对象，在进程中如何使用互斥体对象，线程如何通过文件映射对象发送数据。
二、实验环境硬件环境：计算机一台，局域网环境；软件环境：Windows 2000 Professional，Visual C++ 6.0专业版或企业版。
三、实验内容和步骤第一部分：互斥体对象本程序中显示的类CCountUpDown使用了一个互斥体来保证对两个线程间单一数值的访问。
每个线程都企图获得控制权来改变该数值，然后将该数值写入输出流中。
创建者实际上创建的是互斥体对象，计数方法执行等待并释放，为的是共同使用互斥体所需的资源(因而也就是共享资源) 。
1、利用互斥体保护共享资源程序参见实验指导书分析程序的运行结果，可以看到线程(加和减线程) 的交替执行(因为Sleep() API允许Windows切换线程) 。
在每次运行之后，数值应该返回初始值(0) ，因为在每次运行之后写入线程在等待队列中变成最后一个，内核保证它在其他线程工作时不会再运行。
1)请描述运行结果(如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ：2) 根据运行输出结果，对照分析程序，可以看出程序运行的流程吗？请简单描述：_____逆向运行__________第二部分线程通过文件对象发送数据Windows 2000提供的线程间通讯类内核对象允许同一进程或跨进程的线程之间互相发送信息，包括文件、文件映射、邮件位和命名管道等，其中最常用的是文件和文件映射。
这类对象允许一个线程很容易地向同一进程或其他进程中的另一线程发送信息。
1、演示线程通过文件对象发送数据程序参见实验指导书运行结果(如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ：阅读和分析程序，请回答问题：1) 程序中启动了多少个单独的读写线程？__________100__________________________________________________________2) 使用了哪个系统API函数来创建线程例程？_________ CreateThread（）________________________________3) 文件的读和写操作分别使用了哪个API函数？_______ ReadFile（）______ WriteFile（）_____________ 每次运行进程时，都可看到程序中的每个线程从前面的线程中读取数据并将数据增加，文件中的数值连续增加。
mvcc多版本并发控制的原理
mvcc多版本并发控制的原理多版本并发控制（MVCC）是一种数据库并发控制技术，用于在多用户同时访问数据库时确保事务的一致性和隔离性。
MVCC技术在许多常见的数据库系统中都得到了广泛的应用，比如PostgreSQL、MySQL 和Oracle等。
本文将介绍MVCC技术的原理及其在数据库系统中的应用。
1. MVCC技术的原理MVCC技术的核心原理是基于对数据的多个版本进行管理。
它通过在数据库中维护数据的多个版本来实现并发控制，从而避免了传统的锁定机制所带来的性能问题。
在MVCC中，每个事务可以看到一个数据的特定版本，而不需要等待其他事务的提交或者回滚。
MVCC技术的实现依赖于以下几个关键组件：-版本号：每个数据行都有一个对应的版本号，用于标识该数据的版本。
当一个事务对数据进行修改时，数据库会为其生成一个新的版本号。
-可见性控制：数据库系统使用版本号来判断一个事务是否可以看到某个数据的版本。
当一个事务开始时，数据库会为该事务定义一个可见性范围，只有在该范围内生成的数据版本才可以被该事务看到。
在MVCC技术中，数据的修改不会直接覆盖原始数据，而是生成一个新的版本。
这样做的好处是可以避免对原始数据的修改，从而减少了数据的冲突和锁定。
当一个事务需要对数据行进行修改时，MVCC会为其生成一个新的数据版本，并更新事务的可见性范围，从而保证事务之间的隔离性。
2. MVCC技术在数据库系统中的应用MVCC技术在数据库系统中的应用非常广泛，尤其是在需要高并发访问的场景下。
下面我们将介绍MVCC技术在一些常见数据库系统中的应用。
(1) PostgreSQLPostgreSQL是一个开源的关系型数据库系统，在其内部实现了MVCC技术。
PostgreSQL使用了基于快照的多版本并发控制机制，它通过为每个事务分配唯一的事务ID来实现可见性的控制。
当一个事务对数据进行修改时，PostgreSQL会为其生成一个新的数据版本，并将旧的版本标记为无效，从而保证了事务之间的隔离性。
操作系统的并发控制机制
操作系统的并发控制机制在计算机科学中，操作系统是管理计算机硬件和软件资源的系统软件。
它负责协调和控制计算机上多个程序的执行，以及提供用户与计算机硬件的接口。
在多道程序设计中，多个程序可以同时运行，这就引发了并发控制的问题。
为了确保多个程序在同时访问共享资源时能够正确地协同工作，操作系统采用了各种并发控制机制。
本文将介绍几种常见的操作系统并发控制机制。
一、互斥锁互斥锁是一种最常用的并发控制机制，它通过对共享资源进行加锁和解锁的方式来保证同一时间只有一个程序可以访问该资源。
当一个程序需要访问共享资源时，它会尝试获取互斥锁。
如果锁已经被其他程序获取，则当前程序会被阻塞，直到锁被释放。
这种机制有效地防止了多个程序同时写入共享资源，从而避免了数据的不一致性。
二、信号量信号量是另一种常见的并发控制机制，它可以用来限制对共享资源的访问数量。
信号量有一个初始值，并且可以在不同程序之间进行增加和减少操作。
当一个程序需要访问共享资源时，它会尝试对信号量进行减少操作。
如果信号量的值为负数，则该程序会被阻塞，直到信号量的值变为非负数。
而当一个程序释放了共享资源时，它会对信号量进行增加操作，以允许其他程序继续访问共享资源。
三、读写锁读写锁是一种针对读写操作的并发控制机制。
它允许多个程序同时读取共享资源，但只允许一个程序进行写入操作。
读写锁可以提高并发性能，因为多个程序可以同时读取共享资源而无需互斥锁的开销。
当一个程序需要写入共享资源时，它必须获取写入锁，并且在写入期间阻塞其他程序对该资源的读取和写入操作。
读写锁适用于读操作频繁、写操作较少的场景。
四、轮询轮询是一种简单直接的并发控制机制，它也被称为忙等待。
当多个程序需要同时访问共享资源时，它们会通过不断轮询的方式来检查资源是否可用。
如果资源已经被其他程序占用，当前程序会不断重试直到资源可用。
尽管轮询简单易实现，但它会消耗大量的处理器时间，降低了系统的整体性能，因此通常在资源竞争较低的情况下使用。
简述数据库的并发控制概念以及并发控制的主要方法
简述数据库的并发控制概念以及并发控制的主要方法数据库的并发控制是指在多个用户同时访问数据库的情况下，确保数据的一致性和完整性。
并发控制的主要目标是在保证数据库事务的正确执行的同时，提高数据库系统的并发性能。
并发控制的概念：并发控制是指对同一资源的访问是受到一定的控制，以确保数据库的一致性和完整性。
在数据库系统中，多个用户可以同时执行事务，而这些事务可能会对数据库中的数据进行读取和修改操作。
并发控制机制必须保证多个事务对数据库的并发执行不会导致数据的不一致性和冲突。
并发控制的主要方法：1.锁定机制：锁定是指在事务执行期间，对被访问的数据进行加锁，以防止其他事务对该数据进行修改。
锁定机制可以分为共享锁（用于读操作）和排他锁（用于写操作）。
当事务需要对一些数据项进行读取或修改时，需要先获取相应的锁。
如果资源已经被其他事务锁定，则当前事务需要等待资源释放后才能继续执行。
2.时间戳机制：时间戳是给每个事务分配的一个唯一的标识，用来标记事务的开始时间或提交时间。
事务执行期间，每个事务所访问的数据都会被标记上时间戳，以记录事务对数据的读取和修改操作。
在并发执行时，系统可以根据时间戳的顺序来判断事务的串行执行顺序，从而避免冲突和不一致性。
3.多版本并发控制（MVCC）：MVCC是在每个数据项上维护多个版本的数据，每个事务执行时，可以根据事务的时间戳或版本号来读取对应的数据版本。
MVCC对读取操作不加锁，只对写操作加锁，从而提高了并发性能。
当一个事务需要修改一些数据时，会生成新的数据版本，并将新版本的指针指向旧版本，这样其他事务可以继续读取旧版本的数据，不会被阻塞。
4.乐观并发控制：乐观并发控制假设在事务提交时不会发生冲突，因此不对数据进行加锁。
当事务提交时，系统会检查该事务对数据修改时是否发生冲突。
如果没有冲突，该事务的修改操作会被接受，否则会被回滚，重新执行。
除了以上主要的并发控制方法，还有一些辅助的并发控制技术，如死锁检测和恢复、并发控制粒度的调整、多级锁技术等。
并发控制的主要方法是
并发控制的主要方法是并发控制是指多个用户同时对数据库进行操作时的一种机制，它的目的是保证数据库在并发操作过程中能够保持数据的一致性、完整性和正确性。
在并发控制中，有一些主要的方法和技术被广泛应用于数据库系统。
1. 锁定机制锁定机制是最常见和基本的并发控制方法之一，它通过在并发操作过程中对数据资源加锁来保证数据的一致性和正确性。
在数据库中，可以使用不同级别的锁（如共享锁和排他锁）对数据进行加锁，以控制并发操作对数据的访问。
锁定机制可以有效地避免数据的丢失和不一致，但也可能引起死锁和性能问题。
2. 事务处理事务处理是一种常用的并发控制方法，它将多个数据库操作组合成一个逻辑单元，要么全部执行成功，要么全部回滚，以确保数据的一致性。
通过对事务的隔离和原子性操作的要求，可以有效地控制并发操作对数据的影响。
在事务处理中，可以使用锁定机制、时间戳机制和多版本并发控制等技术来实现并发控制。
3. 多版本并发控制（MVCC）多版本并发控制是一种先进的并发控制方法，它通过为每个事务创建一个独立的读取版本，使得多个事务可以同时读取和修改数据，而不会相互干扰。
多版本并发控制通过为每个数据项的每个版本分配一个唯一的时间戳来实现，它可以提高并发访问性能和资源利用率，并减少死锁和阻塞问题的发生。
4. 并发控制协议并发控制协议是一种用于控制并发操作的协议，它定义了多个事务之间的执行顺序和互斥关系。
常见的并发控制协议有两阶段锁定协议（2PL）、时间戳排序协议（TSO）、验证协议和快照隔离协议等。
并发控制协议可以根据实际应用场景和需求选择合适的协议，以确保数据的一致性和正确性。
5. 乐观并发控制乐观并发控制是一种无锁的并发控制方法，它基于假设多个事务之间的冲突很少发生，事务可以同时执行而不发生冲突。
通过在事务执行过程中记录每个数据项的读取和写入操作，在提交时对事务进行冲突检测和冲突解决，可以有效地保证数据的一致性和正确性。
乐观并发控制适用于并发读多写少的场景，并具有较好的性能和可扩展性。
操作系统中的并发控制
操作系统中的并发控制随着计算机技术的不断发展，操作系统已成为现代计算机系统中不可或缺的核心组成部分。
在多用户、多任务的环境下，操作系统需要管理和控制资源的分配和调度，以确保系统的高效运行和资源的合理利用。
而其中一个重要的方面就是并发控制。
一、什么是并发控制在操作系统中，所谓并发指的是两个或多个事件在同一时间间隔内同时发生的情况。
而并发控制则是指对多个并发执行的进程或线程进行协调和管理，以避免出现潜在的问题，如资源竞争、死锁等。
二、并发控制的目标并发控制的目标是确保多个进程或线程在并发执行过程中能够正确地共享和访问资源，并且不会发生竞争条件和冲突。
主要包括以下几个方面：1. 互斥访问：确保同一时间内只有一个进程或线程能够访问共享资源，避免数据的不一致性和错误的结果。
2. 死锁避免：通过合理的资源分配和进程调度，防止进程陷入循环等待的状态，造成系统无法正常进行的情况。
3. 同步执行：确保多个进程或线程按照特定的顺序进行执行，避免因执行顺序不确定而导致的问题。
三、并发控制的方法为了实现并发控制，操作系统采用了多种方法和机制，下面介绍其中常见的几种方法。
1. 互斥锁：互斥锁是一种最常见的并发控制机制，通过给共享资源加锁，并在访问资源前先判断锁的状态，以实现临界区的互斥访问。
2. 信号量：信号量是一种用于进程间同步和互斥的机制，通过对共享资源进行计数和操作，实现资源的互斥访问和进程的同步执行。
3. 读写锁：读写锁是一种特殊的互斥锁，允许多个线程同时对共享资源进行读操作，但在有写操作时需要互斥访问。
4. 事件：事件是一种用于线程同步的机制，通过线程之间的信号通知来实现特定操作的协调和同步。
5. 临界区：临界区是一段代码，在多个进程或线程中同时访问时需要进行互斥控制的区域，通过临界区的互斥访问实现并发控制。
四、并发控制的应用并发控制在操作系统中的应用广泛，影响着系统的性能和用户体验。
以下是几个常见的应用场景：1. 数据库管理系统：数据库管理系统需要确保多个用户能够同时对数据库进行读写操作，但又不会导致数据的冲突和不一致。
操作系统并发的名词解释
操作系统并发的名词解释操作系统是计算机的核心软件之一，负责管理和协调计算机硬件和软件资源。
在多任务环境下，操作系统必须处理并发的任务，以提高计算机的效率和性能。
并发是指在同一时间间隔内，多个事件、任务或进程同时执行的能力。
在操作系统中，有一些与并发相关的重要概念和术语，本文将对其进行解释。
1. 进程（Process）进程是计算机中运行的程序的实例。
每个进程都有自己的内存空间和资源，可以独立运行，并且可以与其他进程进行通信。
操作系统通过分配时间片来实现多个进程的并发执行，每个进程占用一定的CPU时间，然后切换到下一个进程。
2. 线程（Thread）线程是进程中的一个执行单元。
一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，如内存空间和打开的文件。
线程可以独立执行，通过操作系统的调度机制来实现并发。
多线程的好处在于可以更有效地利用计算机的CPU资源，提高程序的响应速度。
3. 上下文切换（Context Switching）上下文切换是指操作系统从一个正在执行的进程或线程切换到另一个进程或线程的过程。
在切换过程中，操作系统需要保存当前进程或线程的上下文信息，并加载需要执行的进程或线程的上下文信息。
上下文切换是实现并发的基本机制，但它也带来了一定的开销，因为保存和加载上下文信息需要时间和计算资源。
4. 同步（Synchronization）同步是多个进程或线程之间协调和共享资源的一种机制。
在并发环境中，多个进程或线程可能同时访问和修改共享资源，而没有适当的同步机制可能导致数据不一致和竞态条件等问题。
常见的同步机制包括互斥锁、信号量和条件变量等，它们可以确保临界区的互斥访问和协调进程或线程之间的顺序。
5. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种常用的同步机制，用于防止多个线程同时访问共享资源。
当一个线程获取了互斥锁后，其他线程必须等待锁的释放才能访问该资源。
互斥锁保证了对共享资源的互斥访问，防止了数据竞争和不一致性。
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操作系统中的并发访问控制技术
一、引言
操作系统中的并发访问控制技术是计算机安全领域的重要研究
方向。
在计算机系统中，由于多个进程或线程的并发执行，资源
的共享和协调成为了一个重要问题。
如果没有良好的控制机制，
进程之间的互相干扰可能会严重影响系统的稳定性和安全性。
本
文将介绍操作系统中的并发访问控制技术。
二、操作系统中的并发访问控制技术
1. 进程同步
当多个进程需要访问共享资源时，可能会出现并发冲突的问题。
为了实现多进程之间的正确协调和同步，操作系统提供了进程同
步的技术。
其中最常用的技术是信号量技术。
信号量是一个整数
计数器，用于表示可供使用的资源数量。
当多个进程需要使用共
享资源时，它们会试图获取信号量的值并将其减一。
如果信号量
的值为负数，则表明该资源正在被其他进程使用。
2. 进程通信
当多个进程需要协作完成某项任务时，需要进行进程通信。
进
程通信有多种方式，其中最常用的方式是管道、消息队列和共享
内存。
管道是一种单向通信机制，其中一个进程向管道写入数据，另一个进程从管道中读取数据。
消息队列是一种消息传递机制，
进程可以向消息队列发送消息，而其他进程可以从队列中读取这
些消息。
共享内存是一种共享数据的机制，在共享内存中，多个
进程可以直接读写公用内存区域的数据。
3. 锁机制
锁机制是一种保证进程同步和并发访问的技术。
在多进程环境中，当多个进程需要共同访问某项资源时，需要进行加锁和解锁
的操作。
锁分为共享锁和排它锁两种，前者表示多个进程可以共
享资源，后者表示只有一个进程可以访问资源。
在访问资源之前，进程需要获得相应的锁，访问结束后需要释放锁，以保证其他进
程可以访问该资源。
4. 信号机制
信号机制是一种进程间通信的实现方式，它提供了进程间相互
通知和响应的能力。
一个进程可以使用信号向另一个进程发送通知，该进程可以通过信号处理函数来响应该信号。
常见的信号包
括 SIGKILL、SIGSTOP、SIGINT 和 SIGTERM 等。
SIGKILL 和SIGSTOP 信号是不可忽略的，一旦被接收到，进程将被立即重置
或停止；SIGINT 和 SIGTERM 信号则可以忽略或者被捕获，它们
通常用于终止进程或进行软件中断。
三、结论
操作系统中的并发访问控制技术对于多进程协调和资源共享非常重要。
通过进程同步、进程通信、锁机制和信号机制等技术，可以实现多进程之间的正确协调和同步，保证系统的稳定性和安全性。
同时，由于不同的技术应用于不同的场景，因此需要在实际应用中根据具体情况进行选择和调整。