第4章进程的同步和死锁.ppt

§4.1 进程的同步和互斥
wait的经典定义可用伪代码表示为： wait(s) { while (s<=0) ； // no.op s - - . .; }
signal的经典定义可用伪代码表示为： signal (s) { s + +； }
§4.1 进程的同步和互斥
1.信号量的使用 可使用信号量来解决n个进程的临界区问题。这n个进程共
§4.1 进程的同步和互斥
4.1.3 信号量机制
信号量（Semaphore）机制是荷兰学者E.W.Dijkstra在1965 年提出的一种解决进程同步、互斥问题的更通用工具，并 在THE操作系统中得到实现。
信号量S是个整数变量，除了初始化外，它只能通过两个标 准的原子操作wait和signal来访问。这两个操作原来被称 为P(用于wait，表测试)和V(用于signal，表增加)操作。
§4.1 进程的同步和互斥
2.信号量的实现 上面定义的信号量虽然能够用来解决进程的同步和互斥问
题，但存在一个明显的缺陷，即该机制没有遵循“让权等 待”的原则，而是使进程处于“忙等”状态。 为了克服这个缺点，可定义一个结构体信号量： typedef struct {
int value; struct process *L; //进程链表 } semaphore;
§4.1 进程的同步和互斥
2.临界资源 在计算机的资源中，有些资源，如上面提到的打印机资源，
一次能被一个进程使用，这类资源称为临界资源 （Critical Resource）。 临界资源可能是硬件，也可能是软件：变量，数据，表格， 队列等。它们虽然可以被若干个进程所共享，但一次能为一 个进程所利用。 为了保证共享临界资源的各个进程能正确运行，当临界资源 由一个进程占用后，其它进程如果要使用它，必须等待占用 进程使用完毕并把它释放后，才能由另一个进程使用。多个 进程在共享临界资源时的这种制约关系称为进程的互斥。
时序关系，需要相互合作，共同完成一项任务。具体说， 一个进程运行到某一点时要求另一伙伴进程为它提供消 息，在未获得消息之前，该进程处于等待状态，获得消 息后被唤醒进入就绪态。 通常，把共同完成一个任务的若干进程称为合作进程。 合作进程在并发执行时必须同步推进才能得到正确的执 行结果。
§4.1 进程的同步和互斥
例如有程序段A、B是关于变量X的临界区，而C、D是关 于变量Y的临界区，那么，A、B之间需要互斥执行，C、 D之间也要互斥执行，而A与C、B与D之间不用互斥执行。
§4.1 进程的同步和互斥
临界区进入准则： 空闲让进。当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空
闲状态，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的 临界区。 忙则等待。当已有进程进入临界区时，表明临界资源正在被 访问，因而其他试图进入临界区的进程必须等待。 有限等待。对任何要求访问临界资源的进程，应保证在有限 的时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。 让权等待。当进程不能进入自己的临界区，应立即放弃占用 CPU，以使其他进程有机会得到CPU的使用权，以免陷入“忙 等”。
4.1.2 进程互斥
1.进程互斥举例 假定系统中只有一台打印机，进程p1，p2都需要使用打印机，如果让
它们同时使用，则两个进程的输出交织在一起，打印出的结果无法使 用。 为了解决这一问题，进程使用之前先要提出申请，一旦系统将打印机 分配给它，就一直由它独占使用，其它申请使用打印机的进程则必须 等待。 进程p1和p2在逻辑上完全独立，毫无关系，只是由于竞争同一个物理 资源而相互制约。这种进程之间的间接制约关系不具有时间次序的特 征，谁先向系统提出申请，谁就先执行。这种对共享资源的排他性的 使用关系就是进程的互斥关系。
§4.1 进程的同步和互斥
4.进程同步和互斥的区别 ➢ 互斥的各个进程在各自单独执行时都可以得到正确的运行
结果，但是当它们在临界区内交叉执行时就可能出现问题。 而同步的各个进程，如果各自单独执行将不会完成作业的特 定任务，只要当它们互相配合、共同协调推进时才能得到正 确的运行结果。 ➢ 互斥的进程只要求它们不能同时进入临界区，而至于哪个进 程先进入则不会产生运行的错误。但同步的进程的协调关系 是建立在它们之间执行时序的基础上，所以，各个进程必须 按照严格的先后次序执行。 ➢ 一般情况下，互斥的进程并不知道对方的存在，而同步的进 程不仅知道其它进程的存在，还要通过与其它进程的通信来 达到相互的协调。
§4.1 进程的同步和互斥
3.临界区的概念
一个程序片段的集合，这些程序片段分散在不同的进程中， 对某个共享的数据结构（共享资源）进行操作。在进程中 涉及到临界资源的程序段叫临界区或临界段。
对临ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ区操作的诸进程必须互斥地进入临界区。
§4.1 进程的同步和互斥
临界区是对某一临界资源而言的，对于不同临界资源的临 界区，它们之间不相交，所以不必互斥地执行，而相对于 同一临界资源的若干个临界区，则必须互斥的进入，即对 临界资源的操作必须互斥地执行。
享一个信号量mutex,并初始化为1。每个进程Pi的组织结构 如下：
wait(mutex） 临界区（CS)
signal(mutex)
§4.1 进程的同步和互斥
也可以使用信号量来解决各种同步问题。例如，考虑两个 正在执行的并发进程：p1有语句s1，而p2有语句s2。假设 要求只有在s1执行完之后才执行s2，可以很容易地实现这 一要求：让p1和p2共享一个共同信号量synch，且初始化为 0。 在进程p1中插入语句： s1; signal (synch); 在进程p2中插入语句： wait(synch); s2;
第 4 章 进程的同步和死锁
§4.1 进程的同步和互斥
4.1.1 进程的同步
1.进程同步举例 例.公共汽车中的司机和售票员。
司机 P1
while (true) {
启动车辆； 正常运行； 到站停车；
}
售票员 P2
while (true) {
关门； 售票； 开门； }
§4.1 进程的同步和互斥
2.进程同步的概念 进程的同步是指系统中多个进程中发生的事件存在某种