嵌入式系統(tǒng)教學(xué)：操作系統(tǒng)4-同步ppt課件

1、進(jìn)程管理進(jìn)程同步 定義：我們把在異步環(huán)境下的一組并發(fā)進(jìn)定義：我們把在異步環(huán)境下的一組并發(fā)進(jìn)程因直接制約，相互發(fā)送音訊，并進(jìn)展相互協(xié)程因直接制約，相互發(fā)送音訊，并進(jìn)展相互協(xié)作、相互等待，使得各進(jìn)程按一定的速度執(zhí)行作、相互等待，使得各進(jìn)程按一定的速度執(zhí)行的過程稱為進(jìn)程間的同步。的過程稱為進(jìn)程間的同步。 具有同步關(guān)系的一組并發(fā)進(jìn)程稱為協(xié)作進(jìn)具有同步關(guān)系的一組并發(fā)進(jìn)程稱為協(xié)作進(jìn)程；協(xié)作進(jìn)程間相互發(fā)送的信號稱為音訊或事程；協(xié)作進(jìn)程間相互發(fā)送的信號稱為音訊或事件。件。 同步的概念進(jìn)程同步進(jìn)程同步 例：計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程公用同一緩沖區(qū)例：計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程公用同一緩沖區(qū)BufBuf。 PC( PC(計(jì)算計(jì)算

2、) PP) PP打印打印 A:local Buf B:local Pri A:local Buf B:local PriRepeat RepeatRepeat Repeat Buf Buf Pri Buf Buf Buf Pri BufUntil Buf=Until Buf=空計(jì)算空計(jì)算Until Pri Until Pri 空空得到計(jì)算結(jié)果得到計(jì)算結(jié)果打印打印BufBuf中數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)Buf Buf 計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 去除去除BufBuf中數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)Goto A Goto A Goto B Goto B進(jìn)程同步進(jìn)程同步 問題：浪費(fèi)CPU時間。 采用音訊的方法實(shí)現(xiàn)直接制約(同步)： 設(shè)過程Wai

3、t(過程名)表示進(jìn)程等待協(xié)作進(jìn)程發(fā)來音訊。 過程signal(音訊名)表示向協(xié)作進(jìn)程發(fā)送音訊。 設(shè)音訊名Bufempty表示Buf空，設(shè)音訊名Buffull表示Buf滿裝滿數(shù)據(jù)。 初始化：Bufempty=true，Buffull=false 進(jìn)程同步進(jìn)程同步Pc PpA:wait(Bufempty) B:wait(Buffull) 計(jì)算 打印Buf中的數(shù)據(jù) Buf 計(jì)算結(jié)果 去除Buf中的數(shù)據(jù) Bufempty false Buffull false Signal(Buffull) signal(Bufempty) Goto A Goto B進(jìn)程同步進(jìn)程同步 私用有信號量私用有信號量 把各進(jìn)

4、程間發(fā)送的音訊作為信號量對待，把各進(jìn)程間發(fā)送的音訊作為信號量對待，這種信號量只與制約進(jìn)程和被制約進(jìn)程有關(guān)，這種信號量只與制約進(jìn)程和被制約進(jìn)程有關(guān)，但不與整組并發(fā)進(jìn)程有關(guān)，這種信號量稱為但不與整組并發(fā)進(jìn)程有關(guān)，這種信號量稱為私用信號量私用信號量Private SemaphorePrivate Semaphore。 與私用信號量相對應(yīng)，我們稱進(jìn)程互斥時與私用信號量相對應(yīng)，我們稱進(jìn)程互斥時運(yùn)用的信號量為公用信號量。運(yùn)用的信號量為公用信號量。進(jìn)程同步進(jìn)程同步 用用P P、V V原語操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的直接制約原語操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的直接制約( (同步同步) ) 例子：設(shè)進(jìn)程和經(jīng)過緩沖區(qū)隊(duì)列傳送數(shù)據(jù)如圖例子：設(shè)進(jìn)程

5、和經(jīng)過緩沖區(qū)隊(duì)列傳送數(shù)據(jù)如圖3.133.13, PA, PA為發(fā)送進(jìn)程，為發(fā)送進(jìn)程，PBPB為接納進(jìn)程；為接納進(jìn)程；PAPA發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)時調(diào)用發(fā)送過程時調(diào)用發(fā)送過程deposit(data)deposit(data)，PBPB接納數(shù)據(jù)時調(diào)用過接納數(shù)據(jù)時調(diào)用過程程remove(data)remove(data)。且數(shù)據(jù)的發(fā)送與接納過程滿足如下。且數(shù)據(jù)的發(fā)送與接納過程滿足如下條件：條件： 1 1在在PAPA至少送一塊數(shù)據(jù)入一個緩沖區(qū)之前，至少送一塊數(shù)據(jù)入一個緩沖區(qū)之前，PBPB不能不能夠從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)假定數(shù)據(jù)塊長等于緩沖區(qū)長夠從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)假定數(shù)據(jù)塊長等于緩沖區(qū)長度。度。進(jìn)程同步進(jìn)程同

6、步 2PA往緩沖隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)時，至少有一個緩沖區(qū)是空的； 3由PA發(fā)送的數(shù)據(jù)塊在緩沖隊(duì)列中按先進(jìn)先出FIFO方式陳列。 PA Buff1 buff2 buff3 . Buffn PB進(jìn)程同步進(jìn)程同步 我們按如下三步描畫過程deposit(data)和 remove (data) 1設(shè)Buf-empty為進(jìn)程PA的私用信號量，表示緩沖區(qū)能否有空；Buf-full為進(jìn)程PB的私用信號量，表示緩沖區(qū)能否有數(shù)可??； 2Buf-empty的初始值為n (n為緩沖隊(duì)列的緩沖區(qū)個數(shù))，Buf-full的初始值為0;進(jìn)程同步進(jìn)程同步 3) 算法描畫如下： PA： deposit(data) Begin loc

7、al x; P(Buf-empty); 按FIFO方式選擇一個空緩沖區(qū)Buf(x); Buf(x) data； Buf(x)置滿標(biāo)志； V(Buf-full); End.進(jìn)程同步進(jìn)程同步 PB PB： remove(data) remove(data) Begin local x; Begin local x; P(Buf-full); P(Buf-full); 按按FIFOFIFO方式選擇一個裝方式選擇一個裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)Buf(x);Buf(x); data Buf(x); data Buf(x); Buf(x) Buf(x)置空標(biāo)志；置空標(biāo)志； V(Buf-empty);

8、V(Buf-empty); End. End.進(jìn)程同步進(jìn)程同步 這里，部分變量x用來指明緩沖區(qū)的區(qū)號；給Buf(x)置標(biāo)志位是為了便于區(qū)別和搜索空緩沖區(qū)與非空緩沖區(qū)。 比較互斥與同步的兩個例子：互斥 同步設(shè)置信號量S公用 設(shè)置信號量S1，S2 私用信號量初值S=1 信號量初值S1=n.， S2=0。 進(jìn)程同步進(jìn)程同步 算法描畫： P1 P1 Begin begin P(S) P(S1) 臨界資源 送數(shù) VS VS2 End End進(jìn)程同步進(jìn)程同步 P2 P2 P2 P2 Begin begin Begin begin P(S) P(S2) P(S) P(S2) 臨界資源臨界資源 取數(shù)取數(shù) V

9、VS S V VS1S1 End End End End進(jìn)程同步進(jìn)程同步 示圖： P1、P2 P1 P2 PS P(S1) P(S2) 臨界區(qū) 送數(shù) 取數(shù) VS VS2 VS1 進(jìn)程同步進(jìn)程同步 消 費(fèi) 者 消 費(fèi) 者 問 題 P r o d u c e r Consumer Problems 我們把系統(tǒng)中運(yùn)用某一類資源的進(jìn)程稱為該資源的消費(fèi)者，把釋放同類資源的進(jìn)程稱為該資源的消費(fèi)者。 多個消費(fèi)者 多個消費(fèi)者P1 多個緩沖區(qū) C1P2 1 2 . n C2 Pn Cn進(jìn)程同步進(jìn)程同步設(shè)消費(fèi)者進(jìn)程和消費(fèi)者進(jìn)程是等效的，設(shè)消費(fèi)者進(jìn)程和消費(fèi)者進(jìn)程是等效的，其 中 ， 各 消 費(fèi) 者 進(jìn) 程 運(yùn) 用

10、的 過 程其 中 ， 各 消 費(fèi) 者 進(jìn) 程 運(yùn) 用 的 過 程deposit(data)deposit(data)和各消費(fèi)者運(yùn)用的過程和各消費(fèi)者運(yùn)用的過程remove( data)remove( data)可描畫如下：可描畫如下：首先，我們可以看到消費(fèi)者首先，我們可以看到消費(fèi)者消費(fèi)者問消費(fèi)者問題是一個同步問題，即消費(fèi)者和消費(fèi)者之題是一個同步問題，即消費(fèi)者和消費(fèi)者之間滿足如下條件：間滿足如下條件：進(jìn)程同步進(jìn)程同步1消費(fèi)者想接納數(shù)據(jù)時，有界緩沖區(qū)中至少有一個單元是滿的。2消費(fèi)者想發(fā)送數(shù)據(jù)時，有界緩沖區(qū)中至少有一個單元是空的。另外，由于有界緩沖區(qū)是臨界資源，因此，各消費(fèi)者進(jìn)程和各消費(fèi)者進(jìn)程之間必需互斥執(zhí)行，即在一個時辰，只需一個進(jìn)程運(yùn)用緩沖區(qū)。進(jìn)程同步進(jìn)程同步下面是多個消費(fèi)者、多個消費(fèi)者、多個緩沖區(qū)的問題：設(shè)置信號量： mutex：公用信號量，表示消費(fèi)者進(jìn)程與消費(fèi)者進(jìn)程的互斥信號量； avail：消費(fèi)者進(jìn)程的私用信號量，其值表示有界緩沖區(qū)中的空單元數(shù)目緩沖區(qū)空的個數(shù)； 進(jìn)程同步進(jìn)程同步 full：消費(fèi)者進(jìn)程的私用信號量，其值表示有界緩沖區(qū)中的非空單元數(shù)目緩沖區(qū)滿的個數(shù)。 給信號量賦初值