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操作系统原理培训课件
备份与恢复
为了防止数据丢失，应该定期备份重要文件。在发生意外情况时，可以通过备份来恢复数据。常见的备份方式包括全量备份、增量备份和差异备份等。
文件系统的安全与保护
设备管理
05
设备驱动程序的概念与功能
设备驱动程序
是操作系统内核的一部分，用于与硬件设备进行交互，实现设备的输入/输出操作。
功能
详细描述
实现用户界面的技术包括GUI库、控件、事件驱动等。GUI库提供了丰富的图形界面元素和工具，如窗口、按钮、文本框等，方便开发者快速构建图形界面应用程序。控件是GUI库中的基本元素，用于实现各种功能和操作，如按钮、菜单等。事件驱动则是实现交互操作的核心机制，通过事件来响应用户的操作和行为。
用户界面的设计与实现
文件系统结构
文件系统通常采用树形结构，根目录是最高层次的目录，其他目录作为根目录的子节点依次展开，每个节点可以包含文件和子目录。
文件类型
文件系统中的文件类型包括普通文件、目录、链接等，每种类型的文件都有不同的属性和操作方式。
文件属性
文件系统中的每个文件都有一系列属性，如文件名、扩展名、大小、创建时间、访问时间等，这些属性用于描述文件的特征和状态。
操作系统的发展历程
进程管理
02
理解进程的基本概念和状态是掌握进程管理的基础。
进程是程序的一次执行，具有动态性、独立性和制约性。进程的状态包括新建、就绪、运行和阻塞等，这些状态的变化反映了进程的执行流程。
进程的概念与状态
详细描述
总结词
进程的创建和终止是操作系统对资源进行分配和回收的重要手段。
总结词
操作系统原理培训课件
目录
contents
操作系统概述 进程管理 内存管理 文件系统 设备管理 用户界面
计算机操作系统原理PPT课件
7
三、推动操作系统发展的主要动力
1、不断提高计算机资源利用率 2、方便用户 3、器件的不断更新换代 4、计算机体系结构的不断发展。
8
1.2 操作系统的发展过程
一、无操作系统的计算机系统
1、人工操作方式 （1946 ~ 50年代，电子管时代）
• 【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 • 【工作方式】：
一、并发性(concurrency)
多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一 个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的 并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并 行(parallel)是指在同一时刻发生。 – 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替
执行（在单处理器情况下） 。 – 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是
– 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 – 用户独占全机的所有资源；
9
2、脱机输入/输出方式 引入外围机控制数据的提前录入和延后输
出，具体参照P5 图1-2
10
二、单道批处理系统
1、单道批处理系统的处理过程 引入监督程序，成批的作业首先在外存排队等待，
由监督程序负责将每一个作业装入内存，处理完 成后，再掉调入下一个作业，直至运行完毕。 2、单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性
– 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时 间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理， 并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机 订票系统, 期货、股票交易系统等。
17
3、实时系统与分时系统的比较 （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）高可靠性
18
1.3操作系统的基本特性
– 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片； • 【计算机的工作特点】： – 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
三、推动操作系统发展的主要动力
1、不断提高计算机资源利用率 2、方便用户 3、器件的不断更新换代 4、计算机体系结构的不断发展。
8
1.2 操作系统的发展过程
一、无操作系统的计算机系统
1、人工操作方式 （1946 ~ 50年代，电子管时代）
• 【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 • 【工作方式】：
一、并发性(concurrency)
多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一 个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的 并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并 行(parallel)是指在同一时刻发生。 – 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替
执行（在单处理器情况下） 。 – 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是
– 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 – 用户独占全机的所有资源；
9
2、脱机输入/输出方式 引入外围机控制数据的提前录入和延后输
出，具体参照P5 图1-2
10
二、单道批处理系统
1、单道批处理系统的处理过程 引入监督程序，成批的作业首先在外存排队等待，
由监督程序负责将每一个作业装入内存，处理完 成后，再掉调入下一个作业，直至运行完毕。 2、单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性
– 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时 间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理， 并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机 订票系统, 期货、股票交易系统等。
17
3、实时系统与分时系统的比较 （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）高可靠性
18
1.3操作系统的基本特性
– 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片； • 【计算机的工作特点】： – 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
操作系统原理课件 (4)[116页]
![操作系统原理课件 (4)[116页]](https://img.taocdn.com/s3/m/df2aa261b14e852459fb57a8.png)
第4章 存储管理
存储器是计算机的重要组成部分，用于存储包括程序和数据 在内的各种信息，属于非常重要的系统资源。能否对它进行有效 管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且对整个计算机系统 的性能都有重要的影响。
计算机的存储器分为两类：一类是内部存储器（内存），是 CPU能够直接访问的存储器；另一类是外部存储器（外存），是 CPU不能直接访问的存储器。内部存储器又称主存储器，是计算 机系统的重要资源之一。
4.1 程序的链接和装入
3. 动态重定位
指将装入模块装入内存后，并不立即完成相对地址到绝对 地址的转换，地址的转换工作是在程序运行过程中进行的，即 执行到要访问指令或数据的相对地址时再进行转换。
地址重定位机构需要一个（或多个）基地址寄存器（也称 重定位寄存器，BR）和一个（或多个）程序逻辑地址寄存器 （VR）。指令或数据在内存中的绝对地址与逻辑地址的关系为：
程序装入是指装入程序根据内存当前的实际使用情况，将装入 模块（程序）装入到内存合适的物理位置。
4.1 程序的链接和装入
程序装入分类
静态装入---一次性将全部程序（所有可装入模块）装入内存，并在 程序装入内存时或在程序运行前，一次性完成程序中所有的逻辑地址 （相对地址）到物理地址（绝对地址）的转换工作。
第4章 存储管理
4.1 程序的链接和装入 4.2 存储器及存储管理的基本功能 4.3 分区式存储管理 4.4 分页存储管理 4.5 分段存储管理 4.6 段页式存储管理 4.7 虚拟存储管理
4.1 程序的链接和装入
源程序转变为可执行程序：首先由编译程序把源程序编译成若 干个目标模块，然后由链接程序把所有目标模块和它们需要的库函 数链接在一起，形成一个完整的可装入模块。可装入模块可以通过 装入程序装入内存成为可执行程序，当把CPU分配给它时就可以投入 运行。
存储器是计算机的重要组成部分，用于存储包括程序和数据 在内的各种信息，属于非常重要的系统资源。能否对它进行有效 管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且对整个计算机系统 的性能都有重要的影响。
计算机的存储器分为两类：一类是内部存储器（内存），是 CPU能够直接访问的存储器；另一类是外部存储器（外存），是 CPU不能直接访问的存储器。内部存储器又称主存储器，是计算 机系统的重要资源之一。
4.1 程序的链接和装入
3. 动态重定位
指将装入模块装入内存后，并不立即完成相对地址到绝对 地址的转换，地址的转换工作是在程序运行过程中进行的，即 执行到要访问指令或数据的相对地址时再进行转换。
地址重定位机构需要一个（或多个）基地址寄存器（也称 重定位寄存器，BR）和一个（或多个）程序逻辑地址寄存器 （VR）。指令或数据在内存中的绝对地址与逻辑地址的关系为：
程序装入是指装入程序根据内存当前的实际使用情况，将装入 模块（程序）装入到内存合适的物理位置。
4.1 程序的链接和装入
程序装入分类
静态装入---一次性将全部程序（所有可装入模块）装入内存，并在 程序装入内存时或在程序运行前，一次性完成程序中所有的逻辑地址 （相对地址）到物理地址（绝对地址）的转换工作。
第4章 存储管理
4.1 程序的链接和装入 4.2 存储器及存储管理的基本功能 4.3 分区式存储管理 4.4 分页存储管理 4.5 分段存储管理 4.6 段页式存储管理 4.7 虚拟存储管理
4.1 程序的链接和装入
源程序转变为可执行程序：首先由编译程序把源程序编译成若 干个目标模块，然后由链接程序把所有目标模块和它们需要的库函 数链接在一起，形成一个完整的可装入模块。可装入模块可以通过 装入程序装入内存成为可执行程序，当把CPU分配给它时就可以投入 运行。
操作系统原理课件 (3)[123页]
![操作系统原理课件 (3)[123页]](https://img.taocdn.com/s3/m/32a0b72bf46527d3240ce0ae.png)
3.2 进程互斥方法
3.2.1 实现进程互斥的硬件方法
通过计算机提供的一些机器指令来实现进程的互斥。 机器指令是指在一个指令周期内执行完成的指令，而专用机器指令的执行则不 会被中断。专用机器指令有3个： 1.开关中断指令： 进程在进入临界区之前先执行“关中断”指令来屏蔽掉所有中断；进程完成临 界区的任务后，再执行“开中断”指令将中断打开。程序结构如下：
coend
3.2 进程互斥方法
2. 测试与设置指令TS（Test and Set）： 要为每个临界资源设置一个整型变量s，可以将它看成一把锁。若
s的值为0（开锁状态），则表示没有进程访问该锁对应的临界资源。 若s的值为1（关锁状态），则表示该锁对应的临界资源已被某个进程 占用。
TS指令的函数描述：
int TS(int s) {
if(s) return 1;
else {
s=1; return 0; } }
应用：
int s=0;
cobegin
process Pi() {
//i=1,2,3,…,n
…
//与临界资源无关的代码
while(TS(s));
//进入区
临界区；
s=0;
//退出区
…
//与临界资源无关的剩余代码
//进入区
Swap(&s,&key);
}while(key);
临界区；
s=0;
//退出区
…
//与临界资源无关的剩余代码
}
coend
3.2 进程互斥方法
3.2.2实现进程互斥的软件方法
1. 两标志进程互斥算法 基本思想：为希望访问临界资源的两个并发进程设置的两个标 志T1和T2来表示某个进程是否在临界区；若Ti（i=1, 2）等于 0则表示进程Pi（i=1, 2）没有在临界区，若Ti（i=1, 2）等 于1则表示进程Pi（i=1, 2）在临界区。每个进程在进入临界区 之前，先判断临界区是否已被另一进程访问，若是则本进程等 待，否则本进程进入临界区。
操作系统原理课件_图文
转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。 • 当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合
适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物 理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行 的，所以要进行地址转换。
6
2.1.2 地址定位方式
1. 固定定位方式 由程序员在编写程序时或由编译连接程序对源程序进 行编译连接时，直接指定程序在执行时访问的实际存储器 地址的方式称为固定定位方式。此种定位方式一般只适合 于单板机或单用户系统。在多道程序环境下，应保证各个 作业的地址互不重叠，这就比较困难了。
34
③ 仅与后空闲区相连：与后空闲区合并，使后空闲区 表项的m_addr为释放区的起始地址，m_size为释放区 与后空闲区的长度之和。
④ 与前、后空闲区皆不相连：在前、后空闲区表项中 间插入一个新的表项，其 m_addr为释放区的起始地址 ，m_size为释放区的长度。为此，先要将后项及以下 表项都下移一个位置
（MR）=（BR）+（VR）
12
13
2.2 基本存储管理方法
2.2.1 单一连续分区存储管理
基本思想：内存分为两个区域：系统区，用户区 。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空 间。 最简单，适用于单用户、单任务的OS；单用户系 统在一段时间内，只有一个进程在内存。
14
特点
（1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。 （2）实际上，内存用户区又被分为“使用区”和“空闲区”
31
char *malloc(mp,size)
struct map *mp;
unsigned size;
{
register char *a; register struct map *bp;
适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物 理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按物理地址进行 的，所以要进行地址转换。
6
2.1.2 地址定位方式
1. 固定定位方式 由程序员在编写程序时或由编译连接程序对源程序进 行编译连接时，直接指定程序在执行时访问的实际存储器 地址的方式称为固定定位方式。此种定位方式一般只适合 于单板机或单用户系统。在多道程序环境下，应保证各个 作业的地址互不重叠，这就比较困难了。
34
③ 仅与后空闲区相连：与后空闲区合并，使后空闲区 表项的m_addr为释放区的起始地址，m_size为释放区 与后空闲区的长度之和。
④ 与前、后空闲区皆不相连：在前、后空闲区表项中 间插入一个新的表项，其 m_addr为释放区的起始地址 ，m_size为释放区的长度。为此，先要将后项及以下 表项都下移一个位置
（MR）=（BR）+（VR）
12
13
2.2 基本存储管理方法
2.2.1 单一连续分区存储管理
基本思想：内存分为两个区域：系统区，用户区 。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空 间。 最简单，适用于单用户、单任务的OS；单用户系 统在一段时间内，只有一个进程在内存。
14
特点
（1）系统总是把整个用户区分配给一个用户使用。 （2）实际上，内存用户区又被分为“使用区”和“空闲区”
31
char *malloc(mp,size)
struct map *mp;
unsigned size;
{
register char *a; register struct map *bp;
操作系统原理课件
次只有一道程序，因此各个程序是按次序执 行的，即执行完一个以后，再执行下一个。 （2）封闭性：独占全部资源，计算机的状态只 由于该程序的控制逻辑所决定 （3）可再现性：结果的再现性，初始条件相同 则结果相同。
4
第三章 进 程 管 理
程序的并发执行及其特征
1. 程序的并发执行
I1
I2
I3
I4
C1
C2
① 进程状态，指明进程的当前状态， 作为进程调度和对 换时的依据；
② 进程优先级，用于描述进程使用处理机的优先级别的一 个整数， 优先级高的进程应优先获得处理机；
③ 进程调度所需的其它信息，它们与所采用的进程调度算 法有关，比如，进程已等待CPU的时间总和、 进程已执 行的时间总和等；
26
第三章 进 程 管 理
PCB随进程的创建而填写，随进程的撤消而释放； 系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感 知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的 PCB结构常驻内存；系统将所有PCB组织成若干个队 列，存放在操作系统中专门开辟的PCB区内。
27
第三章 进 程 管 理
2. 进程控制块中的信息
2.共享正文段 用高级语言编写的程序一般是可重入的“纯代
码”，也即是它可以被多个进程并发地执行的。 共享正文段不限于包括程序，还可包括不可修改
的常数。 用户用C语言所编的程序经编译后产生的代码也
是作为共享正文段装入内存的
18
第三章 进 程 管 理
3.数据区 进程执行时用到的数据，如C程序中的外部变量
2
第三章 进 程 管 理
程序 1. 程序：是一个在时间上严格有序的指令集合。 2. 程序规定了完成某一任务时，计算机所需做
的各种操作，以及这些操作的执行时间。 3. 程序的顺序执行：具有独立功能的程序独占
4
第三章 进 程 管 理
程序的并发执行及其特征
1. 程序的并发执行
I1
I2
I3
I4
C1
C2
① 进程状态，指明进程的当前状态， 作为进程调度和对 换时的依据；
② 进程优先级，用于描述进程使用处理机的优先级别的一 个整数， 优先级高的进程应优先获得处理机；
③ 进程调度所需的其它信息，它们与所采用的进程调度算 法有关，比如，进程已等待CPU的时间总和、 进程已执 行的时间总和等；
26
第三章 进 程 管 理
PCB随进程的创建而填写，随进程的撤消而释放； 系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感 知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的 PCB结构常驻内存；系统将所有PCB组织成若干个队 列，存放在操作系统中专门开辟的PCB区内。
27
第三章 进 程 管 理
2. 进程控制块中的信息
2.共享正文段 用高级语言编写的程序一般是可重入的“纯代
码”，也即是它可以被多个进程并发地执行的。 共享正文段不限于包括程序，还可包括不可修改
的常数。 用户用C语言所编的程序经编译后产生的代码也
是作为共享正文段装入内存的
18
第三章 进 程 管 理
3.数据区 进程执行时用到的数据，如C程序中的外部变量
2
第三章 进 程 管 理
程序 1. 程序：是一个在时间上严格有序的指令集合。 2. 程序规定了完成某一任务时，计算机所需做
的各种操作，以及这些操作的执行时间。 3. 程序的顺序执行：具有独立功能的程序独占
操作系统原理演示课件.ppt
1、进程同步的概念
进程运行中的两种制约关系 由于竞争资源形成的间接制约关系； 由于相互合作造成的直接制约关系；
进程同步指多个相关进程在执行次序上的协 调
2、临界资源与临界区
临界资源(critical source)
在一段时间内只允许有限个进程访问的资源 ，如 打印机等I/O设备，缓冲区等
其中：缓冲区是临界资源，而访问缓冲区的代码 是临界区
3、信号量机制
引例：生产者－消费者问题 分析：首先需要定义产品的类型，缓冲区的
长度，读写指针，资源变量counter。 Int n; Int in,out; Structure item; Item buffer[n]; Int counter;
3、信号量机制
Void procedure(){
while(true){
生产一个产品放入 nextp；
wait(mutex);
while(counter==n){no-op;}
buffer[in]=nextp;
in++;
counter++;
single(mutex);}
}
3、信号量机制
3、信号量机制
Void procedure(){
while(true){
生产一个产品放入 nextp；
while(counter==n){no-op;}
buffer[in]=nextp;
in++;
counter++;}
}
3、信号量机制
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• 两个进程的同步可以描述如下：
2020/8/1
进程同步互斥
22
【思考题】
1.用P.V操作解决下图之同步问题
提示：分别考虑对缓冲区S和T的同步，再 合并考虑
get copy
put
s
t
2020/8/1
进程同步互斥
23
解
• 设置四个信号量Sin=1，Sout=0，Tin=1，Tout=0；
get：
while（1） {
信号量机制（ semaphore ）
• 1965年，由荷兰学者Dijkstra提出（P、 V分别是荷兰语的test (proberen) 和 increment (verhogen) ）
• 一种卓有成效的进程同步机制
• 最初提出的是二元信号量（互斥）
推广到一般信号量（多值）（同步）
• P、V操作是原语
进程同步互斥
6
信号量的使用
• 必须置一次且只能置一次初值 • 初值不能为负数 • 只能执行P、V操作
2020/8/1
进程同步互斥
7
用P、V操作解决进程间互斥问题
P1
P(mutex) V(mutex) 互斥区
2020/8/1
P2
P(mutex) V(mutex)
P3 P(mutex) V(mutex)
P(S)：表示申请一个资源 V(S)：表示释放一个资源。
信号量的初值应该大于等于0
2020/8/1
进程同步互斥
10
2) P.V操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个 V操作
当为互斥操作时，它们同处于同一进程 当为同步操作时，则不在同一进程中出现
如果P(S1)和P(S2)两个操作在一起，那么P操作的顺序 至关重要。
2020/8/1
进程同步互斥
13
合作进程的执行次序
• 若干个进程为了完成一个共同任务而并发执行，在这些进程 中，有些进程之间有次序的要求，有些进程之间没有次序的 要求，为了描述方便，可以用一个图来表示进程集合的执行 次序。如图
2020/8/1
进程同步互斥
14
例
如图，试用信号量实现这三个进程的 同步。
很明显，不满足让权等待。
2020/8/1
进程同步互斥
3
记录型信号量
是一个数据结构 定义如下： struct semaphore {
int value; pointer_PCB queue; }
信号量说明： semaphore s;
2020/8/1
进程同步互斥
4
Wait（P操作）
wait(s) { s.value = s.value -1 ; if (s.value < 0) { block(S.L); // 该进程状态置为等待状态 // 将PCB插入相应的等待队列s.queue;
P(Sin）; 将数放入S; V(Sout); }
2020/8/1
copy：
put：
while（1） {
P(Sout）; P(Tin）; 将数从S放入T; V(Tout);
}
}
2020/8/1
进程同步互斥
5
Signal（V操作）
signal(s) { s.value = s.value +1; if (s.value < = 0) { wakeup(S.L); //唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程 //改变其状态为就绪态并将其插入就绪队列
} }
2020/8/1
2020/8/1
进程同步互斥
20
分析
通过分析可知，CP、IOP必须遵守以下 同步规则：
• 当CP进程把计算结果送入缓冲区时， IOP进程才 能从缓冲区中取出结果去 打印;
• 当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印
后，CP进程才能把下一个计算结果送
入缓冲区
2020/8/1
进程同步互斥
21
解
• 为此设有两个信号量Sa=0，Sb=1，Sa表示缓冲区 中有无数据，Sb表示缓冲区中有无空位置。
一个同步P操作与一个互斥P操作在一起时同步P操作 在互斥P操作前
而两个V操作无关紧要
2020/8/1
进程同步互斥
11
进程互斥
用信号量实现临界区互斥:
设置一信号量，信号量初值唯一， 进入临界区以前对信号量执行P操作， 退出临界区后对信号量执行V操作.
2020/8/1
进程同步互斥
12
进程同步
同步问题可分为两类： • 保证一组合作进程按确定的次序执行 • 保证共享缓冲区的合作进程的同步。
设有两个信号量SB、SC，初值均为０ Pa： Pb： Pc：
…
V(SB); V(SC);
P(SB); …
P(SC) …
2020/8/1
进程同步互斥
15
【思考题1】
如图，试用信号量实现这三个进 程的同步。
2020/8/1
进程同步互斥
16
解
设有两个信号量S1、S2，初值均为０
P1： P2： P3：
…
…
P(S1)
V(S1); V(S2); P(S2) …
2020/8/1
进程同步互斥
17
【思考题2】
如图，试用信号量实现这6个 进程的同步
2020/8/1
进程同步互斥
18
解
设有5个信号量S2、S3、S4、S5、S6，初值均为０
P1： P2：
…
P(S2);
V(S2); …
V(S3)；
P3： P(S3)
…
P4： P(S4); …
V(S5)；
P5： P(S5); P(S5); … V(S6);
P6： P(S6); P(S6); …
V(S4); V(S6); V(S5)
2
共享缓冲区的进程的同步
• 设某计算进程CP和打印进程IOP共用一个单 缓冲区，CP进程负责不断地计算数据并送 入缓冲区T中，IOP进程负责不断地从缓冲 区T中取出数据去打印。
2020/8/1
进程同步互斥
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
整型信号量
• 定义一个整数S，仅能通过两个原子操作来 访问：
wait(S): while S<=0 then do no-op S := S – 1;
Signal(S): S := S + 1;
进程同步互斥
8
信号量及P、V操作讨论
对于两个并发进程，互斥信号量的值仅 取1、0和－1三个值
• 若MUTEX＝1表示没有进程进入临界 区
• 若MUTEX＝0表示有一个进程进入临 界区
• 若MUTEX＝－1表示一个进程进入临
界区，另一个进程等待进入。
2020/8/1
进程同步互斥
9
1) 信号量的物理含义： S>0表示有S个资源可用 S=0表示无资源可用 S<0则| S |表示S等待队列中的进程个数
2020/8/1
进程同步互斥
22
【思考题】
1.用P.V操作解决下图之同步问题
提示：分别考虑对缓冲区S和T的同步，再 合并考虑
get copy
put
s
t
2020/8/1
进程同步互斥
23
解
• 设置四个信号量Sin=1，Sout=0，Tin=1，Tout=0；
get：
while（1） {
信号量机制（ semaphore ）
• 1965年，由荷兰学者Dijkstra提出（P、 V分别是荷兰语的test (proberen) 和 increment (verhogen) ）
• 一种卓有成效的进程同步机制
• 最初提出的是二元信号量（互斥）
推广到一般信号量（多值）（同步）
• P、V操作是原语
进程同步互斥
6
信号量的使用
• 必须置一次且只能置一次初值 • 初值不能为负数 • 只能执行P、V操作
2020/8/1
进程同步互斥
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用P、V操作解决进程间互斥问题
P1
P(mutex) V(mutex) 互斥区
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P2
P(mutex) V(mutex)
P3 P(mutex) V(mutex)
P(S)：表示申请一个资源 V(S)：表示释放一个资源。
信号量的初值应该大于等于0
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2) P.V操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个 V操作
当为互斥操作时，它们同处于同一进程 当为同步操作时，则不在同一进程中出现
如果P(S1)和P(S2)两个操作在一起，那么P操作的顺序 至关重要。
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合作进程的执行次序
• 若干个进程为了完成一个共同任务而并发执行，在这些进程 中，有些进程之间有次序的要求，有些进程之间没有次序的 要求，为了描述方便，可以用一个图来表示进程集合的执行 次序。如图
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例
如图，试用信号量实现这三个进程的 同步。
很明显，不满足让权等待。
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记录型信号量
是一个数据结构 定义如下： struct semaphore {
int value; pointer_PCB queue; }
信号量说明： semaphore s;
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Wait（P操作）
wait(s) { s.value = s.value -1 ; if (s.value < 0) { block(S.L); // 该进程状态置为等待状态 // 将PCB插入相应的等待队列s.queue;
P(Sin）; 将数放入S; V(Sout); }
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copy：
put：
while（1） {
P(Sout）; P(Tin）; 将数从S放入T; V(Tout);
}
}
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Signal（V操作）
signal(s) { s.value = s.value +1; if (s.value < = 0) { wakeup(S.L); //唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程 //改变其状态为就绪态并将其插入就绪队列
} }
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分析
通过分析可知，CP、IOP必须遵守以下 同步规则：
• 当CP进程把计算结果送入缓冲区时， IOP进程才 能从缓冲区中取出结果去 打印;
• 当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印
后，CP进程才能把下一个计算结果送
入缓冲区
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解
• 为此设有两个信号量Sa=0，Sb=1，Sa表示缓冲区 中有无数据，Sb表示缓冲区中有无空位置。
一个同步P操作与一个互斥P操作在一起时同步P操作 在互斥P操作前
而两个V操作无关紧要
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进程互斥
用信号量实现临界区互斥:
设置一信号量，信号量初值唯一， 进入临界区以前对信号量执行P操作， 退出临界区后对信号量执行V操作.
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进程同步
同步问题可分为两类： • 保证一组合作进程按确定的次序执行 • 保证共享缓冲区的合作进程的同步。
设有两个信号量SB、SC，初值均为０ Pa： Pb： Pc：
…
V(SB); V(SC);
P(SB); …
P(SC) …
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【思考题1】
如图，试用信号量实现这三个进 程的同步。
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解
设有两个信号量S1、S2，初值均为０
P1： P2： P3：
…
…
P(S1)
V(S1); V(S2); P(S2) …
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【思考题2】
如图，试用信号量实现这6个 进程的同步
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解
设有5个信号量S2、S3、S4、S5、S6，初值均为０
P1： P2：
…
P(S2);
V(S2); …
V(S3)；
P3： P(S3)
…
P4： P(S4); …
V(S5)；
P5： P(S5); P(S5); … V(S6);
P6： P(S6); P(S6); …
V(S4); V(S6); V(S5)
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共享缓冲区的进程的同步
• 设某计算进程CP和打印进程IOP共用一个单 缓冲区，CP进程负责不断地计算数据并送 入缓冲区T中，IOP进程负责不断地从缓冲 区T中取出数据去打印。
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整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
整型信号量
• 定义一个整数S，仅能通过两个原子操作来 访问：
wait(S): while S<=0 then do no-op S := S – 1;
Signal(S): S := S + 1;
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信号量及P、V操作讨论
对于两个并发进程，互斥信号量的值仅 取1、0和－1三个值
• 若MUTEX＝1表示没有进程进入临界 区
• 若MUTEX＝0表示有一个进程进入临 界区
• 若MUTEX＝－1表示一个进程进入临
界区，另一个进程等待进入。
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1) 信号量的物理含义： S>0表示有S个资源可用 S=0表示无资源可用 S<0则| S |表示S等待队列中的进程个数