进程同步问题分析——生产者和消费者问题

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1、操作系统进程同步与互斥问题讨论报告Operatingsystemprocesssynchronizationandmutualexclusionproblemdiscussionreport学院：信息科学与工程学院班级：12级信息安全（1）班姓名：颜世宏120104070019刘文军120104070020张兆乾120104070023冯星伟120104070017郝爱斌120104070013指导老师：何海涛教务处2014年10月8讨论课名称：计算机操作系统中进程同步与互斥问题分析一、讨论课目的：1．熟悉临界资源、信号量及PV操作的定

2、义与物理意义；2．掌握进程互斥与进程同步的相关知识；3．掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题；4．实现生产者－消费者问题，深刻理解进程同步问题。三、讨论课内容：1．进程同步的基本概念在多道程序环境下，系统中可能存在许多的进程，在这些进程之间必定存在一些制约关系，这种制约关系表现为以下两种形式：①资源共享关系。进程之间不知道其他进程的存在，而这些进程又处在同一个系统中，对系统资源必须共享使用，而有些资源不允许进程同时访问，例如打印机。系统只能保证进程间互斥地使用这种临界资源，称这种资源共享关系叫做互斥；②相互合作关系。在某些进程间

3、还存在一种相互合作的关系。例如在某个系统中存在两个进程，输入进程A和计算进程B，A负责向B提供数据，当缓冲区空时，B进程因不能获得所需数据而等待。当A把数据送入缓冲区后，并向B发送一个信号将B唤醒，B才能取走数据。同样，当B没有提取数据，也就是说缓冲区满时，进程A也无法向其中投入数据而等待。这就是一种相互合作关系，称之为进程间的同步关系。82．信号量机制实现进程同步本文分析的生产者-消费者问题就是一种相互合作问题的代表，对进程同步问题的解决，早在1965年，荷兰科学家Dijkstra就提出信号量机制是一种卓有成效的进程同步工具。在信号量

4、机制中，信号量仅能通过两个标准的原子操作wait（s）和singnal（s）来访问。这两个操作被称为P,V操作。在信号量机制中，除了需要一个用于代表资源数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表L，用于链接上述的所有等待进程。记录型信号量是由于它采用了记录型的数据结构而得名的。它所包含的上述两个数据项可描述为：typesemaphore=recordvalue:integer;L:listofprocess;End相应地，wait（s）和singal（s）操作可描述为：Procedurewait（s）vars:semaphore;

5、BeginS.value:=S.value-1;IfS.value<0thenblock（S,L）EndProceduresignal(s)8varS:semaphore;BeginS.value:=S.value+1;IfS.value<=0thenwakeup（S,L）;End每次的wait操作，意味着进程请求一个单位的资源，因此描述为S.value:=S.value-1;当S.value<0时，表示资源已分配完毕，因而进程调用block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L中。S.value的绝对值表示在该信号量

6、链表中已阻塞进程的数目。每次signal操作，表示执行进程释放一个单位资源，故S.value:=S.value+1操作表示资源数目加1。若加1后仍是S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语，将S.Ll链表中的第一个等待进程唤醒。3.利用信号量解决生产者—消费者问题3.1一个buffer，一个生产者，一个消费者（1）规则只有buffer为空才能生产者才能进行put操作，只有buffer有数据消费者才能进行get操作。利用信号量机制实现消费者和生产者的协同工作，其中信号量s1代表的缓

7、冲区这种资源，初值为1，代表有1个buffer。s2代表buffer是否有数据，初值为0，所以也称这种信号量叫做资源信号量。（2）实现流程<生产者>8p（s1）"判断buffer是否为空"put放入数据v（s2）"设置buffer有数据的标志，给消费者发一个有数据的信号"<消费者>p（s2）"判断buffer是否有数据"get取走数据v（s1）"设置buffer为空标志"3.2一个buffer，多个生产者，多个消费者（1）规则只有buffer为空才能put；只有buffer中有数据才能get;不允许多个put操作同时进行；不允许多个ge

8、t操作同时进行。这时buffer变成了临界资源，消费者之间需要互斥地使用，生产者之间也需要互斥地使用，消费者和生产者之间也需要互斥地使用，这时设置两个信号量s1，s2实现同步，例外设置S信号，代表buffe