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操作系统原理 第二章 进程管理 第三节 进程同步 主要内容 进程同步的概念 临界资源与临界区 信号量机制 管程机制 典型的进程同步问题 1、进程同步的概念 多道系统与多任务系统——程序的并发执行——程序执行失去封闭型——引入进程的概念——使得多进程能够并发执行并能够保证运行环境封闭与进程的独立性——问题： 如何进行资源共享？ 解决办法（1）排队，有共享资源控制访问——需要专门的守护进程，增加了开销 （2）由用户进程控制访问——互斥 1、进程同步的概念 先看一个例子：进程P1、P2公用一个变量COUNT，初始值为0 1、进程同步的概念 P1、P2两个进程的执行顺序是随机的，P1、P2可能顺序执行或交错执行。 由图可见，不同的执行顺序，COUNT值会不同，这是不允许的。出现这种现象的原因，在于在一个进程执行过程中，该进程能够修改的全局变量如 COUNT应该不允许其他进程修改。即在进程P1执行前，必须保证在P1执行过程中没有其他进程修改COUNT的值 1、进程同步的概念 进程运行中的两种制约关系 由于竞争资源形成的间接制约关系； 由于相互合作造成的直接制约关系； 进程同步指多个相关进程在执行次序上的协调 2、临界资源与临界区 临界资源(critical source) 在一段时间内只允许有限个进程访问的资源 ，如打印机等I/O设备，缓冲区等 临界区(critical section) 每个进程中访问临界资源的那段代码 ，被称之为进程的临界区 可把一个访问临界资源的循环进程描述如下： 2、临界资源与临界区 repeat critical section;  remainder section; until false; 2、临界资源与临界区 同步机制应遵循的规则 空闲让进； 忙则等待； 有限等待；对要求进入临界区的进程，应在有限时间内使之进入，以免陷入“死等”。 让权等待；对于等待进入临界区的进程而言，它必须立即释放处理机，以免进程“忙等” 2、临界资源与临界区 例：生产者－消费者问题 有一个或多个生产者生产某着类型的产品（数据、记录、字符等等），并放置在缓冲区中；有一个或多个消费者从缓冲区中取数据，每次取一项；系统保证对缓冲区的操作是互斥进行的，即每次只有一个进程能够访问缓冲区。 其中：缓冲区是临界资源，而访问缓冲区的代码是临界区 3、信号量机制 引例：生产者－消费者问题 分析：首先需要定义产品的类型，缓冲区的长度，读写指针，资源变量counter。 Int n; Int in,out; Structure item; Item buffer[n]; Int counter; 3、信号量机制 Void procedure(){ while(true){ 生产一个产品放入 nextp； while(counter==n){no-op;} buffer[in]=nextp; in++; counter++;} } 3、信号量机制 Void comsumer(){ while(true){ while(counter==0){no-op;} nextc=buffer[out]; out++; counter--; 消费nextc中的产品；｝ } 3、信号量机制 问题： 并发执行时，消费者进程与生产者进程都可以改变counter的值，执行顺序不同，counter的结果也不一样，而且与实际结果也不相同。 为解决这个问题，引入一个互斥变量mutex，来控制对变量counter的访问。 引入互斥变量后的生产者消费者代码如下： 3、信号量机制 Void procedure(){ while(true){ 生产一个产品放入 nextp； wait(mutex); while(counter==n){no-op;} buffer[in]=nextp; in++; counter++;