操作系统 进程管理三互斥和同步二精品.pptVIP

* 3. 哲学家进餐问题(the dining philosophers problem) 问题描述：（由Dijkstra首先提出并解决）5个哲学家围绕一张圆桌而坐，桌子上放着5支筷子，每两个哲学家之间放一支；哲学家的动作包括思考和进餐，进餐时需要同时拿起他左边和右边的两支筷子，思考时则同时将两支筷子放回原处。如何保证哲学家们的动作有序进行？如：不出现相邻者同时要求进餐；不出现有人永远拿不到筷子； * * 1.利用记录型信号量机制解决 2.利用AND型信号量机制解决 2.4.2哲学家就餐问题 * 哲学家就餐问题 问题分析： 筷子是临界资源：每根有多于一个哲学家要用，而且同时只能有一个哲学家使用 5根筷子可以用5个信号量表示。形成信号量数组： var chopstick:array[0,…4]of semaphore； 所有信号量初值为1，表示未被使用。 * 哲学家就餐问题 第i位哲学家的活动描述为： Repeat wait(chopstick[i]); wait(chopstick[(i+1)mod 5]); eat; signal(chopstick[i]); signal(chopstick[(i+1)mod 5]); think; Until false; parbegin philosopher (0)； philosopher (1)； philosopher (2)； philosopher (3)； philosopher (4)； parend * 哲学家就餐问题 可能产生死锁： 五位哲学家同时饥饿，各自拿起左边的筷子时，会使得所有信号量的值为0，再试图拿起右边的筷子时，都将拿不到筷子。 解决死锁的方法： 至多允许四个哲学家同时进餐。 仅当哲学家的左右两支筷子均可用时，才进餐。（用AND信号量机制解决哲学家进餐问题。） 奇数号哲学家先拿左边的筷子，偶数号哲学家先拿右边的筷子。 * AND型信号量机制解决哲学家就餐问题 要求哲学家同时获得两根筷子，否则一根也不拿。 var chopstick:array[0,…4]of semaphore:=(1,1,1,1,1); Repeat think; Sswait(chopstick[(I+1)mod 5]),chopstick[I]); Eats; Ssignal(chopstick[(I+1)mod 5]),chopstick[I]); until false; * 思考： 用其余两种思路，怎样解决哲学家就餐问题？ * 小结 顺序执行和并发执行 进程的定义（与程序比较），静态表示（上下文，包括PCB），动态表示（状态），用户代码和OS代码 进程控制（注意：挂起和激活），UNIX和Windows NT举例 线程：引入原因，与进程比较 互斥和同步：信号量，信号量集，管程 进程间通信IPC：信号，共享存储区，管道，消息，管套 死锁问题：原因，条件，解决方法 其他方面：OS引导 * 2.3.2.1 信号量和wait、signal原语 信号量只能通过初始化和两个标准的原语来访问－－作为OS核心代码执行，不受进程调度的打断 在实际操作系统中，一般情况下是由机器硬件提供P、V操 作的指令，当然是原子操作，若机器不提供P、V操作的指 令，则操作系统提供P、V操作原语。 信号量的形式化定义： type semaphore=record value: integer; L: listofprocess; end 1. P原语(wait) * procedure wait(S) 　　var S：semaphore； 　　begin 　　　S.value:=S.value-1； //表示申请一个资源; 　　　　if S.value0 then block(S.L)； //如果没有空闲资源，调用进程进入和信号量S相关的等待队列 s.L; 阻塞调用wait 的进程 　　end 2. V原语(signal) procedure signal(S) 　　var S: semaphore； 　begin 　　S.value:=S.value+1； //表示释放一个资源； 　　if S.value=0 then wakeup(S.L)；//如果有进程处于阻塞状态，从等待队列s.L中取出一个进程P，将其唤醒; 　end * V原语通常唤醒进程等待队列中的头一个进程 * 3. 利用信号量实现互斥 为临界资源设置一个互斥信号量mutex(MUTual Exclusion)，其初值为1；在每个进程中将临界区代码置于P(mutex)和V(mutex)原语之间 必须成对使用P和