操作系统 教学课件 作者 宗大华 宗涛 陈吉人 8并发性：互斥和同步课件.ppt

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1、8.5.2信箱通信第8章并发性：互斥和同步8.1互斥和同步8.1.1互斥和临界区8.1.2同步8.2实现互斥的方法讨论8.2.1实现互斥的硬件方法8.2.2实现互斥的软件方法8.3信号量与P、V操作8.3.1信号量与P、V操作定义8.3.2用P、V操作实现互斥8.3.3用P、V操作实现同步8.3.4用P、V操作实现资源分配8.3.5管程8.4互斥、同步的样例分析8.4.1读者-写者问题8.4.2哲学家就餐问题8.4.3理发师理发问题8.5高级进程通信8.5.1消息缓冲通信本章目录某用户编写进程p1用于存款，进程p2用于取款。它们都访问变量balance表示的余额：p1用于增加balanc

2、e，p2用于减少balance。p1和p2的几条汇编指令代码框架如下（其中x1、x2分别是p1和p2的临时变量）：p1的代码框架：p2的代码框架：…………loadR1,balanceloadR1,balanceloadR2,x1loadR2,x2addR1,R2subR1,R2storeR1,balancestoreR1,balance…………8.1互斥和同步8.1.1互斥和临界区进程间的间接制约关系1.系统中有这样的一类资源，哪个进程先用它、哪个进程后用它没有什么关系，但不能同时使用。即在一个进程使用时，另一个进程不能使用，否则会导致错误。这种由于使用具有“排他性”资源、而对进程的执行

3、产生影响，使它们间产生了的关系，就是进程间所谓的“间接制约”关系。.例8-1：p2读balance的值（应该和p1读出的值一样）到R1，读x2的值到R2，然后计算（在寄存器R1里的）balance和（在寄存器R2里的）x2的差，并将这个差值（在寄存器R1里）回存到变量balance；p1中断时，运行现场寄存器（R1、R2）里的值被保存到PCB1中；P1的执行：…loadR1,balanceloadR2,x1addR1,R2storeR1,balance…时钟中断P2的执行：…loadR1,balanceloadR2,x2subR1,R2storeR1,balance…时钟中断.代码单独执

4、行时，都会正确地工作。关键是如果两个进程在系统中并发地运行，就可能会发生灾难性的错误。比如如果两个进程的执行有如图所示的顺序。.这时，p1在执行到指令：“loadR2,x1”后，被时钟中断。随后调度到p2执行。在这个特定的运行情景下，会发生下面的动作序列：(1)(2)(3)又由于时钟中断，使p1最终得到执行，依据PCB1恢复寄存器R1和R2后，计算（在寄存器R1里的）balance与（在寄存器R2里的）x1的和，但因为balance还是p2执行前被保存在寄存器R1里的旧值，因此计算时并没有考虑到p2已经把它改变了；(4)最后的结局是balance里面的值没有正确反映出用户存、取款的情况。

5、.进程间因资源共享（这里的资源体现为是一个公共变量）而产生间接制约关系时，它们随意的并发执行顺序不可能保证运行结果的正确。互斥：如果有一个进程在临界区内执行，欲进入临界区的其他进程只能在临界区外等待进入。2.互斥和临界区例8-1中的进程p1和p2之所以会出问题，不在于它们个体的行为，它们的个体行为都是没有问题的（p1和p2的程序编写是正确的），问题在于“共享”，在于大家都要竞争使用这种共享的资源。.计算机中，凡涉及共享变量、共享内存区、共享队列（如就绪队列）、共享文件及共享任何资源的情况时，都有可能引发类似的问题。既要允许进程共享资源，又要阻止错误的发生，唯一的办法是保证进程“互斥”地使

6、用资源，即确保当一个进程在使用一个共享资源时，其他进程不能同时去使用。..进程程序中，涉及访问共享资源的程序段，称为“临界区（CS）”，只能排他使用的资源称为“临界资源”。为了保证在临界资源上操作的正确性，需遵循下面的3个要求：.(1)(2)有空让进：如果没有进程在临界区、且有进程希望进入临界区，那么应该立即允许其中的一个进程进入临界区。(3)有限等待：进入临界区的进程，应在有限时间内完成并立即离开临界区，以便能够让其他的进程有机会进入临界区。请求进入临界区的代码段，称为“进入区”，任务是判定是否有进程在临界区里。如果有，则等待进入；否则才能允许进入临界区。.如图所示，给出了临界区互斥时

7、进程的行为。进程A在时刻T1进入临界区。稍后，在时刻T2进程B试图进入临界区。但是由于进程A已经在临界区内，因此进程B被阻挡不得进入，直到时刻T3进程A离开临界区，进程B才被允许进入临界区，并在时刻T4离开临界区。进程A：进程B：A进入临界区A离开临界区B试图进入临界区B进入临界区B离开临界区T1T2T3T4时间B被阻塞.因此，如果进程程序中有临界区，那么其设计应该包括如下的三个部分：(1)(2)(3)请求退出临界区代码段，称为“退