5·1互斥和临界区-Read.pptVIP

5·1 互斥和临界区 互斥 (mutual exclusion)保证了共享资源的进程不同时使用同一个资源。 访问共享资源的程序或代码称为临界区 (critical region)，只有这里需要禁止并发， 称为并发控制 ，这些控制机制通过使进程停止和轮流访问资源的方式来确保互斥。 三点测试 第一点:解决方案能保证两个进程不同时进入它们的临界区吗? 第二点:解决方案能防止不试图进入它们临界区的进程产生的干扰吗？ 第三点:解决方案能防止饥饿吗?(饥饿是由进程永久地等待进人临界区造成的，也称为无限等待。) 5．2信号量 信号量是一个整型变量，它的值说明了受保护资源的状态。信号量只允许两个操作:raise和lower。当进程希望进入代码的临界区时，它必须执行lower，离开时则必须执行raise。raise和lower检查信号量的值，并分别加l或是减l。信号量检查和改变是作为原子操作完成的，也就是说，该操作是不可分的，并且不可间断。 信号量算法 Let Semaphore SEM; //初始化值是0 SEM=my_favorite_shared_device; LOWER SEM=SEM-1; If SEM=0 Return (true); Else {Wait(until_raise); Return(true);} RAISE SEM=SEM+l;//如果不只一个进程等待，系统选择哪一个进程接受日RAISE USINGS SEMPHORE Bla Bla Bla; //执行非临界区代码 Lower(SEM); //等待真值返回 Critical_region_code; //访问共享资源 Raise(SEM); Bla Bla Bla; //执行非临界区代码 信号量应用举例 假设进程A、B、C、D和E希望访问受信号量SEM保护的共享资源。跟踪SEM的值： 0·SEM=O; //初始化值 l·SEM=-1; //进程B执行lower，进入临界区 2·SEM=-2; //进程A执行lower，等待raise 3·SEM=-3; //进程C执行lower，等待raise 4·SEM=-2; //进程B执行raise，离开临界区 5. //系统选择raise进程C，进程C进入临界区 6·SEM=-1; //进程C执行raise，离开临界区 7. //raise进程A，进入临界区 8·SEM=-2；//进程D执行lower，等待raise 9·SEM=-1；//进程A执行raise，离开临界区 l0·//raise进程D，进入占界区 l1·SEM=0;//进程D执行raise，离开临界区 12·SEM=-l;//进程E执行lower，进入临界区 13·SEM=0;//进程E执行raise，离开临界区 5·2·1信号量的缺点 信号量的缺点包括它对程序员的依赖。信号量依靠程序员执行Lower进入临界区并执行raise退出临界区。然而如果程序员意外地使用另一个lower离开临界区，这将会发生什么？信号量仍然处于被保护状态，没有进程能够获得raise，与这些资源相关的系统则被死锁! 如果进程有一个不适时的(即执行lower后但在执行raise操作前)崩溃，也会发生类似的死锁。 5.2.2信号量评估 首先，信号量能保证两个进程不同时进入它们的临界区吗?能。 其次，信号量能防止不试图进入它们临界区的进程产生的干扰吗?适当利用的情况下能。只有那些已经表示希望进入临界区的进程才使用信号量，如果信号量使用不当(如5·2·1节所指出的那样)，不再想进入临界区的进程就会阻碍等待进入临界区的进程。 最后，信号量能防止饥饿吗?能。适当使用下，信号量本质上不具有导致永久延迟的请求。然而，正如我们所讨论的那样，不适当的使用会导致死锁。 总之，适当使用信号量能够通过三点测试。最后应注意，信号量在真正的分布式环境中很难实现，并应尽量避免，因为必须保持信号量数据的绝对一致性。 UNIX信号量支持 UNIX系统V支持信号量作为进程间通信设施的一部分。在C或C++编程中使用信号量，必须应用如下的包含语句: #include sys/sem.h 创建信号量的函数调用是semget，而semget执行各种信号量操作。所有细节的完全列表在本地系统 (输入man semget，或man semop)的手册 (在线UNIX手册)中都有提供。另外，UNIX系统中对信号量的硬件支持能通过关键字索引选项 (输入man –k semaphore)找到。 5.