经典进程同步问题小结
操作系统 实验三 进程同步
集美大学计算机工程学院实验报告课程名称：操作系统指导教师：王丰实验成绩：实验编号：实验三实验名称：进程同步班级：计算12姓名：学号：上机实践日期：2015.5上机实践时间：2学时一、实验目的1、掌握用Linux信号灯集机制实现两个进程间的同步问题。
2、共享函数库的创建二、实验环境Ubuntu-VMware、Linux三、实验内容⏹需要的信号灯: System V信号灯实现☐用于控制司机是否可以启动车辆的的信号灯 S1=0☐用于控制售票员是否可以开门的信号灯 S2=0System V信号灯实现说明□ System V的信号灯机制属于信号灯集的形式, 一次可以申请多个信号灯.□同样利用ftok()生成一个key： semkey=ftok(path,45);□利用key申请一个包含有两个信号灯的信号灯集, 获得该集的idsemid=semget(semkey,2,IPC_CREAT | 0666);□定义一个联合的数据类型union semun{int val;struct semid_ds *buf;ushort *array;};□利用semctl()函数对信号灯初始化,参数有:信号灯集的id: semid要初始化的信号灯的编号:sn要设定的初始值:valvoid seminit(int semid, int val,int sn){union semun arg;arg.val=val;semctl(semid,sn,SETVAL,arg);}利用初始化函数,初始化信号灯:seminit(semid,0,0);//用来司机启动汽车的同步seminit(semid,0,1);//用来售票员开门的同步控制□利用semop()函数, 对信号灯实现V操作:sembuf是一个在头部文件中的预定义结构、semid—信号灯集id, sn—要操作的信号灯编号void semdown(int semid,int sn){/* define P operating*/struct sembuf op;op.sem_num=sn;op.sem_op=-1;//P操作为-1op.sem_flg=0;semop(semid,&op,1);}2、Linux的静态和共享函数库·Linux生成目标代码： gcc -c 源程序文件名（将生成一个与源程序同名的.o目标代码文件。
经典进程同步问题
一、利用记录型信号量
解决哲学家进餐问题
假设每一位哲学家拿筷子的方法都是：先 拿起左边的筷子，再拿起右边的筷子，则第i 位哲学家的活动可描述为：
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第i位哲学家的活动可描述为： repeat wait(chopstick[i]); wait(chopstick[i+1] mod 5); …. eat; …. signal(chopstick[i]); signal(chopstick[i+1] mod 5); …. think; until false;
full:=full - 1; if full <0 then block; mutex:=mutex-1; if mutex<0 then block; mutex:=mutex+1; if mutex<=0 then wakeup; empty:=empty+1; if empty<=0 then wakeup;
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Wait操作不能颠倒！！ P：wait(empty) wait(mutex)
C：wait(full) wait(mutex)
如果颠倒 P：wait(mutex) mutexl.value=0 wait(empty) 如果此时缓冲池满empty=－1，P阻塞 C：wait(mutex) mutex.value=－1， C阻塞 wait(full) P阻塞在empty队列中，等待一个空缓冲 C阻塞在mutex队列中，等待公共缓冲池访问权
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consumer：//消费者进程 begin repeat wait(full); wait(mutex); nextc:=buffer[out]; out∶=(out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); 消费这件产品; until false; end
进程同步实验报告
一、实验目的1. 理解进程同步的概念和原理；2. 掌握进程同步的基本方法和机制；3. 学会使用信号量实现进程同步；4. 通过实验验证进程同步机制的有效性。
二、实验原理1. 进程同步：在多道程序设计中，进程的执行是并发的，但某些情况下需要保证多个进程按照一定的顺序执行，以避免出现数据不一致、死锁等问题。
进程同步是指通过某种机制，协调多个进程的执行顺序，保证它们能够正确、有效地共享资源。
2. 信号量：信号量是一种特殊的变量，用于实现进程同步。
信号量具有两个原子操作：P操作（wait）和V操作（signal）。
P操作用于申请资源，V操作用于释放资源。
3. 互斥锁：互斥锁是一种常见的进程同步机制，用于保证临界资源的互斥访问。
当一个进程进入临界区时，它会尝试获取互斥锁，如果锁已被其他进程获取，则该进程进入等待状态；当进程退出临界区时，它会释放互斥锁。
三、实验内容1. 实验环境：Linux操作系统，C语言编程环境。
2. 实验工具：gcc编译器、gdb调试器。
3. 实验步骤：（1）创建一个互斥锁，用于保护临界资源。
（2）编写两个进程，分别模拟对临界资源的访问。
（3）在进程访问临界资源前，使用P操作尝试获取互斥锁。
（4）在进程访问临界资源后，使用V操作释放互斥锁。
（5）编译并运行程序，观察进程执行情况。
四、实验结果与分析1. 实验结果：（1）在互斥锁的保护下，两个进程能够按照预期顺序访问临界资源。
（2）当其中一个进程正在访问临界资源时，另一个进程会进入等待状态。
（3）当进程访问临界资源完成后，它会释放互斥锁，允许其他进程访问。
2. 实验分析：（1）互斥锁能够有效地保护临界资源，避免数据不一致问题。
（2）信号量P操作和V操作保证了进程的同步，避免了死锁现象。
（3）通过实验验证了进程同步机制的有效性。
五、实验总结本次实验通过使用信号量和互斥锁，实现了进程同步。
实验结果表明，信号量和互斥锁能够有效地保证进程按照预期顺序执行，避免数据不一致和死锁等问题。
经典进程的同步问题之——生产者消费者
经典进程的同步问题之——⽣产者消费者1 、利⽤记录型信号量解决⽣产者——消费者问题假定在⽣产者和消费者之间的公⽤缓冲池，具有n个缓冲区，这时可利⽤互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲池的互斥使⽤。
利⽤信号量empty和full分别表⽰缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量。
只要缓冲区未满⽣产者便可将消息送⼊缓冲区，只要缓冲区未空消费者便可从缓冲区取⾛⼀个消息。
1 Var mutex,empty,full:semapthore:=1,n,0; // 声明互斥信号量mutex=1,n个空缓冲区,满缓冲区个数为02 buffer:array[0,1,...,n-1] of item;3in,out:integer:=0,0; // 输⼊、输出指针4 begin5 parbegin6 proceducer:begin7 repeat8 ...9 proceducer an item nextp; // ⽣产⼀个产品10 ...11 wait(empty); // 申请⼀个空缓冲区12 wait(mutex); // 申请⼀个临界资源使⽤权13 buffer(in):=nextp;// 将产品放⼊缓冲池中14in:=(in+1) mod n; // 输⼊指针向前移⼀个位置15 signal(mutex); // 释放临界资源16 signal(full); // 释放⼀个满缓冲区17 until false;18 end19 consumer:begin20 repeat21 wait(full); // 申请⼀个满缓冲区22 wait(mutex); // 申请⼀个临界资源使⽤权23 nextc:=buffer(out); // 从缓冲池取⾛⼀个产品24out:=(out+1) mod n; // 输出指针向前移⼀个位置25 signal(mutex); // 释放临界资源26 signal(empty); // 释放⼀个空缓冲区27 consumer the item in nextc;28 until false29 end30 parend31 end2、利⽤AND信号量解决⽣产者——消费者问题（看懂了上⾯的详细分析，下⾯的伪代码就容易理解多了）1 Var mutex,empty,full:semapthore:=1,n,0;2 buffer:array[0,...,n-1] of item;3in out:integer:=0,0;4 begin5 parbegin6 proceducer:begin7 repeat8 ...9 proceduce an item in nextp;10 ...11 Swait(empty,mutex); // 同时申请⼀个空缓冲区和临界资源使⽤权12 buffer(in):=nextp;13in:=(in+1)mod n;14 Ssignal(mutex,full); // 同时释放⼀个临界资源和满缓冲区15 until false16 end17 consumer:begin18 repeat19 Swait(full,mutex);20 Nextc:=buffer(out);21 Out:=(out+1)mod n;22 Ssignal(mutex,empty);23 consumer the item in nextc;24 until false;25 end26 parend27 end。
详解进程同步与互斥机制
详解进程同步与互斥机制⽬录⼀、什么是进程同步⼆、什么是进程互斥三、常见的进程同步与互斥机制⼀、什么是进程同步在多道批处理系统中，多个进程是可以并发执⾏的，但由于系统的资源有限，进程的执⾏不是⼀贯到底的，⽽是⾛⾛停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
那么，进程的异步性会带来什么问题呢？举个例⼦，如果有 A、B 两个进程分别负责读和写数据的操作，这两个线程是相互合作、相互依赖的。
那么写数据应该发⽣在读数据之前。
⽽实际上，由于异步性的存在，可能会发⽣先读后写的情况，⽽此时由于缓冲区还没有被写⼊数据，读进程 A 没有数据可读，因此读进程 A 被阻塞。
进程同步（synchronization）就是⽤来解决这个问题的。
从上⾯的例⼦我们能看出，⼀个进程的执⾏可能影响到另⼀个进程的执⾏，所谓进程同步就是指协调这些完成某个共同任务的并发线程，在某些位置上指定线程的先后执⾏次序、传递信号或消息。
再举个⽣活中的进程同步的例⼦，你想要喝热⽔，于是你打了⼀壶⽔开始烧，在这壶⽔烧开之前，你只能⼀直等着，⽔烧开之后⽔壶⾃然会发⽣响声提醒你来喝⽔，于是你就可以喝⽔了。
就是说⽔烧开这个事情必须发⽣在你喝⽔之前。
注意不要把进程同步和进程调度搞混了：进程调度是为了最⼤程度的利⽤ CPU 资源，选⽤合适的算法调度就绪队列中的进程。
进程同步是为了协调⼀些进程以完成某个任务，⽐如读和写，你肯定先写后读，不能先读后写吧，这就是进程同步做的事情了，指定这些进程的先后执⾏次序使得某个任务能够顺利完成。
⼆、什么是进程互斥同样的，也是因为进程的并发性，并发执⾏的线程不可避免地需要共享⼀些系统资源，⽐如内存、打印机、摄像头等。
举个例⼦：我们去学校打印店打印论⽂，你按下了 WPS 的 “打印” 选项，于是打印机开始⼯作。
你的论⽂打印到⼀半时，另⼀位同学按下了 Word 的 “打印” 按钮，开始打印他⾃⼰的论⽂。
想象⼀下如果两个进程可以随意的、并发的共享打印机资源，会发⽣什么情况？显然，两个进程并发运⾏，导致打印机设备交替的收到 WPS 和 Word 两个进程发来的打印请求，结果两篇论⽂的内容混杂在⼀起了。
进程同步与互斥 总结
进程同步与互斥总结
进程同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，它们都是为了保证多个进程能够在正确的时间顺序和正确的方式下运行。
进程同步是指多个进程之间协调执行的过程，而互斥是指多个进程之间竞争有限资源的过程。
以下是关于进程同步与互斥的一些总结：
1. 进程同步方式：
- 信号量：通过对共享资源的访问进行限制，实现多个进程之间的同步。
- 互斥锁：通过对共享资源的访问进行互斥，实现多个进程之间的同步。
- 条件变量：通过对进程状态的检查，实现多个进程之间的同步。
2. 进程互斥方式：
- 临界区：多个进程同时访问共享资源时，只允许一个进程访问。
- 互斥量：多个进程同时访问共享资源时，通过加锁和解锁来实现互斥。
- 读写锁：多个进程同时访问共享资源时，允许多个进程同时读取，但只允许一个进程写入。
3. 进程同步与互斥的优缺点：
- 信号量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。
- 互斥锁：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。
- 条件变量：优点是可以检查进程状态，缺点是只能处理两个进
程之间的同步。
- 临界区：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。
- 互斥量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。
- 读写锁：优点是可以允许多个进程同时读取，缺点是会出现写入延迟的问题。
综上所述，进程同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，需要根据具体的场景选择适合的同步方式或互斥方式来保证多个进程之
间的协调执行和有限资源的竞争。
进程同步问题总结
进程同步问题总结进程同步问题主要涉及到并发进程之间的协作和同步，以实现多进程的协同工作。
以下是进程同步问题的主要总结：1.进程同步的概念：进程同步是一种协调多个进程运行顺序的机制。
它使得进程能够在正确的时间点上，按照一定的顺序进行交互和协作。
2.进程同步的必要性：在多进程环境中，如果不同进程的执行顺序不协调，就可能导致数据不一致、竞争条件等问题。
进程同步可以解决这些问题，保证多进程环境下的正确性和可靠性。
3.进程同步的主要方法：a) 信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问。
信号量的值表示当前可用的共享资源数量。
通过设置信号量的初始值和使用P、V操作（或称为wait和post操作），可以实现进程的同步和互斥。
b) 互斥锁（Mutex）：互斥锁是一种同步机制，用于防止多个进程同时访问共享资源。
当一个进程获得锁时，其他进程将被阻塞，直到锁被释放。
c) 条件变量（Condition）：条件变量用于实现进程间的条件等待。
当一个进程需要等待某个条件成立时，它会使用条件变量的wait操作阻塞自己。
当另一个进程改变了条件并通知等待的进程时，被阻塞的进程将被唤醒。
d) 事件（Event）：事件是一种同步机制，用于通知其他进程某个事件已经发生。
事件通常分为信号事件和广播事件。
信号事件只通知一个进程，而广播事件通知所有等待该事件的进程。
4.死锁问题：在进程同步过程中，如果多个进程互相等待对方释放资源，就会产生死锁问题。
避免死锁的方法包括：避免循环等待、按顺序申请资源、设置超时时间等。
5.进程同步的应用：进程同步广泛应用于操作系统、并发程序设计、网络通信等领域。
例如，在操作系统中，进程同步可以用于实现进程调度、任务管理、文件系统等重要功能。
在并发程序设计中，进程同步可以用于实现多线程的协同工作、数据访问控制等功能。
在网络通信中，进程同步可以用于实现数据传输、远程过程调用等功能。
进程同步：实验报告
1．实验内容（进程的同步）(1)阅读理解示例程序。
(2)说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证(3) 参照教材修改为N个生产者和1个消费者问题(4) 思考N个生产者和M个消费者问题的解决方案（不要求）(5) 利用信号量解决同步问题。
2．实验目的通过程序模拟及验证生产者消费者问题等经典问题，深入理解并发中的同步和互斥的概念3．实验原理（1）进程概念：（1.定义：程序的一次执行过程（2.三种基本状态:就绪状态，执行状态，阻塞状态（2）进程同步：（1.定义：并发进程在执行次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执行有可再现性。
（2.两种形式的制约关系：（一：资源共享关系：进程间接制约，需互斥地访问临界资源。
）、（二：相互合作关系：进程直接制约）（3.临界资源：一次仅允许一个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。
（3）信号量：定义一个用于表示资源数目的整型量S，它与一般的整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(S)和signal(S)来访问，俗称P,V操作。
通俗来讲就是用P来访问资源后减去一个单位资源，用V操作来释放一个单位资源就是现有资源上加一个单位资源。
4．实验内容一：说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证答：示例程序不能解决多个生产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和生产者的。
如果可以就要修改代码，如“二”所说。
二：多个消费者和生产者的问题如上图所示：如果要解决多个生产者和消费者的问题：第一步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系第二步：异步关系的是生产者和生产者之间的，因为同一时刻只能有一个生产者访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源.获得临界资源的生产者才能把产品放到缓冲区里第三步：同步关系有两个，首先是生产者和缓冲区之间，再是缓冲区和消费者之间。
他们都满足一前一后的关系，即当缓冲区空间未满时，生产者才可以放产品；缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。