04进程通信.ppt

进程通信 主要内容 互斥的基本概念 互斥实现技术 进程死锁 进程间的数据通信 Linux进程间通信 程序的执行结果是什么? #include unistd.h #include sched.h #include wait.h ＃DEFINE NUM 10000 volatile int sum=0; int child_task() { int i; for(i=0;i NUM;i++) sum++; } 代码分析：sum++对应的汇编指令 // thread A LOAD R1,(R2); ADDI R1, #1 STORE R1, (R2) 代码分析 // thread A LOAD R1,(R2); ADDI R1, #1 STORE R1, (R2) 进程互斥 两个或两个以上的进程同时竞争某资源，而该资源在同一时刻只应被一个进程使用。 需要提供一种资源分配机制，来控制为这些进程分配资源的顺序，既保证各进程能够使用资源，又能保证各进程互斥使用资源。 临界资源 临界资源：一个时刻只能被一个进程访问或使用的资源。临界资源可能是硬件设备，也可能是软件资源。 临界区 临界区：是一段代码。进程通过这段代码访问临界资源。当一个进程进入这段代码时，不允许其他进程进入。 又称临界段或互斥段。 进入临界区：进程开始执行临界区的代码。 离开临界区：进程由执行临界区代码到不再执行临界区内的代码。 临界区的基本特征 原子性：一个临界区对应临界资源的一次完整操作； 可嵌套：一个临界资源的临界区可能包含在另一个资源的临界区中。 可中断：进程进入临界区，仍然能被剥夺处理器 临界区必须满足的要求 互斥 任何时刻只能有一个进程位于临界区 进入（Progress） 当临界区空闲，而且有多个进程想进入临界区时，应保证有一个进程能够进入临界区 防止饥饿 保证进程能够公平进入临界区 互斥实现方法 基于CPU特殊指令或硬件支持 关中断 特殊指令，如test_and_set, swap 软件方法 Peterson方法 严格交替法 程序语言支持的方法 如JAVA的管程（Monitor） 操作系统支持的方法 信号量 基于CPU支持的实现方法 关中断 原子操作指令 中断禁用法 缺点: 仅能用于单处理器系统 临界区无法嵌套 为什么？ 如果临界段需要执行的时间较长，将会降低系统处理其它事件的能力 系统可靠性降低 如果忘记开中断，将导致什么后果？ 基于CPU特殊指令的互斥方法 test_and_set test_and_clear swap fetch_and_add 原子操作指令的原理 通常情况下，对于计算机系统的一个内存单元，任何时刻只允许一个CPU进行访问（多CPU竞争使用系统总线） 通过硬件机制扩展，将对内存的多个操作（如read，write）设计为原子操作，即为原子操作指令； 多个CPU对同一个内存单元的上述操作是互斥的 可以利用原子操作指令实现互斥 test_and_set 首先测试锁变量的值，如为1，则立即返回1；如为0，则立即将锁变量的值置为1，并返回0 指令语义： bool test_and_set(bool *flag) { bool old = *flag; *flag = true; return old; } 由于test_and_set是一条完整的指令，而在一条指令的执行中间是不会被“中断” 的，故保证了锁的测试和释放操作的原子性。 应用 bool lock = 0; thread1( ) { While(test_and_set(lock)); Critical Section lock = 0; } thread2( ) {While(test_and_set(lock)); Critical Section lock = 0; } 交换指令swap 该指令实现两个变量之间的内容交换。 指令语义： void swap(bool data, bool *mem) { bool temp= *mem; *mem = data; data = temp; } bool lock=0; thread_i() { register reg = 1; while (reg == 1) swap（reg, lock); Critical section swap (reg, lock); /* other code */ } 机器指令法的优点 简单易证明 适用于单处理器和共享内存的多处理器环境 通常在OS内核使用，用于等待时间很短的场合 机器指令法的缺点 使用了忙等待 浪费C