09 2009 操作系统第9讲：第3章进程管理(续3 互斥与同步)

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1、2021/7/51操作系统第9讲第3章进程管理(3)(进程互斥与同步)主讲：闫新庆2012–032021/7/52第3章进程管理内容提纲3.1认识进程前的准备3.2进程的概念与描述3.3进程状态及其转换3.4进程控制3.5进程互斥与同步3.6进程通信3.7死锁问题3.8线程与超级线程●本章小结●习题2021/7/533.5进程互斥与同步一、研究进程互斥与同步目的分析一组并发进程在执行过程中，因资源竞争，资源共享引起的对其执行速度的影响，并找出消除其负面影响的条件与方法。二、认识进程互斥与同步相关的重要概念与术语1.临界区●引入背景：为保证并发进程执行结果的

2、正确性。●定义：不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称为临界区。◆临界区是由属于不同并发进程的程序段共享公用数据或公用数据变量而引起的，临界区不可能用增加硬件的方法来解决。因此，临界区被称为访问公用数据的那段程序。2021/7/543.5进程互斥与同步二、认识进程互斥与同步相关的重要概念与术语（2）2．间接制约◆该概念的讨论，是面向互斥而言，面向共享资源（如公用数据和变量），是面向一组并发进程（2个以上）而言，面向其因资源竞争而对其速度影响问题。◆定义：指一组并发进程因资源共享（如公用数据及变量）对其执行速度的影响（制约）的过程。3.进程互斥的定义：◆一组

3、并发进程因间接制约互相合作，互相等待的过程，称为进程的互斥。注释1:是多个进程和一个进程之间的关系，即1对多的关系。注释2:目的是禁止两个以上共享同一资源的并发进程同时进入临界区。PA（慢）是因为PB占用了PA的资源而不得不等待，所以进程PA的慢是因为PB的间接制约而引起的2021/7/553.5进程互斥与同步二、认识进程互斥与同步相关的重要概念与术语(3)4.直接制约（与同步相关的概念）●该概念的讨论是面向同步而言，是面向2个进程而言，是面向2个进程因资源竞争而对其速度影响问题。●定义：2个在异步环境下的并发进程，各自执行的结果互为对方继续执行的条件，因

4、而引起的对其执行速度限制（影响）的过程，称之为直接制约。注释1：是对两个进程而言，即1对1问题。注释2：目的是禁止因直接制约而引发的死锁现象。2021/7/563.5进程互斥与同步二、认识进程互斥与同步相关的重要概念与术语（4）5．进程同步定义：2个并发进程，因直接制约，互相发送消息，而进行的相互合作、相互等待，使其按照一定的速度执行的过程叫做进程的同步。6．异步环境：在同一段时间内，一组并发进程，各自以不可预知的速度独立地向前推进，称为进程的异步性或异步环境。（起始时间的随机性)2021/7/573.5进程互斥与同步三、原语及其类型1．原语定义：●在系统

5、态下，执行某些具有特定功能的程序段称之为原语。（调用核心层子程序的指令）●微软1999年第3版(239页)之计算机词典解释:在OS中，调用核心层子程序的指令，它好像是一条扩充了的机器指令。2．原语类别：（semaphor）简称sem●指令级原语——该程序段（或扩充了的指令）在其执行期间不允许中断，是一个不可再分的指令单位。●功能级原语——该程序段在执行期间不允许并发执行。2021/7/583.5进程互斥与同步四、信号量1.是用于控制进程执行过程的信号式标志型变量。2．定义：在程序设计中，一种用来对共享系统资源进行控制的信号，即一种标志变量，信标向潜在的用户

6、（进程）指明，某个文件或资源正在使用中，以防止除此之外的其它用户来访问它。引入信号量的目的，是为了服务于PV原语。(744页中的英汉双解词典解释)3．说明:与互斥相关的信号量叫公用信号量，与多个进程有关。与同步相关的信号量叫私有信号量，与2个进程有关。2021/7/593.5进程互斥与同步五、P.V原语1．是1965年荷兰学者Dijkstra(迪科斯塔)根据火车信号原理，提出来用于解决进程互斥和同步存在问题的模型。P（荷文Passeren，英文Pass简称P原语）调度；V（荷文Venhoog，英文incremane简称V原语）增量。Tannibaum提出相

7、对应的Down(sleep)P和Up(wekeup)V。2．P.V原语是基于对信号量的操作，是两个不可中断的指令级原语操作，是用于解决进程的同步与互斥问题。2021/7/5103.5进程互斥与同步3．用PV原语实现两个进程PA与PB的描述①设Sem的初值为1，取值范围为（0，1，-1）②设Sem=1初值临界区为空，PA、PB都未进入◆当一个进程执行P原语减1操作，Sem=0，表示该进程可以进入临界区。另一个进程也要进入临界区，也必需先进行P操作，若Sem=-1说明已有一个进程进入临界区，另一个进程则进入在等待状态。Sem=0，允许PA、PB有一个进入临界区

8、2021/7/5113.5进程互斥与同步4．P(sem)原语操作（