進(jìn)程與進(jìn)程管理PPT課件

1、互斥與同步 資源共享 在操作系統(tǒng)中，當(dāng)多個(gè)并發(fā)進(jìn)程使用同一個(gè)資在操作系統(tǒng)中，當(dāng)多個(gè)并發(fā)進(jìn)程使用同一個(gè)資源。而這個(gè)資源又不能同時(shí)使用，進(jìn)程間的這種相源。而這個(gè)資源又不能同時(shí)使用，進(jìn)程間的這種相互制約關(guān)系稱為互制約關(guān)系稱為互斥互斥 合作合作 并發(fā)進(jìn)程在一些關(guān)鍵點(diǎn)上可能需要互相等待與互并發(fā)進(jìn)程在一些關(guān)鍵點(diǎn)上可能需要互相等待與互通消息，通消息， 這種關(guān)系稱為這種關(guān)系稱為進(jìn)程進(jìn)程同步同步 第1頁/共29頁例1：兩個(gè)進(jìn)程A、B共享一臺(tái)打印機(jī) 例2：兩個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)變量x 設(shè)：x代表某航班機(jī)座號(hào)，p1和p2兩個(gè)售票進(jìn)程，售票 工作是對(duì)變量x加1。這兩個(gè)進(jìn)程在一個(gè)處理機(jī)C上并發(fā)執(zhí)行 r1 := x；r1:=

2、r1+1； x := r1 ；第2頁/共29頁P(yáng)1與P2并發(fā)執(zhí)行，兩種可能的執(zhí)行次序：A情形（希望這樣） p1： r1 := x；r1:= r1+1； x := r1 ； p2： r2:= x；r2 := r2+1； x := r2 ；設(shè)x的初值為10，兩種情況下的執(zhí)行結(jié)果： 情況A： x = 10+2 情況B： x = 10+1 B情形 p1： r1 := x； r1:= r1+1； x := r1 ； p2： r2:= x；r2 := r2+1； x := r2 ；與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤：不同的時(shí)間執(zhí)行結(jié)果不同互斥第3頁/共29頁臨界區(qū)是進(jìn)程中對(duì)臨界資源使用的程序段，稱為相對(duì)于該臨界資源的臨界區(qū)

3、。臨界資源一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源稱為臨界資源。 硬件：如輸入機(jī)、打印機(jī)、磁帶機(jī)等 軟件：如公用變量、數(shù)據(jù)、表格、隊(duì)列等 x := x+1; csa 進(jìn)程P1進(jìn)程P2 x := x+1; csb 只要p1和p2不同時(shí)進(jìn)入各自的臨界區(qū)，就可以互斥使用同一臨界資源第4頁/共29頁例題 在下面的敘述中，正確的是（ ）。A.臨界資源是非共享資源 B.臨界資源是任意共享資源C.臨界資源是互斥共享資源 D.臨界資源是同時(shí)共享資源 對(duì)進(jìn)程間互斥地使用臨界資源，進(jìn)程可以（ ）A.互斥地進(jìn)入臨界區(qū) B.互斥地進(jìn)入各自的臨界區(qū)C.互斥地進(jìn)入同一臨界區(qū) D.互斥地進(jìn)入各自的同類資源的臨界區(qū)第5頁/共29頁互斥使

4、用資源辦法 鎖 信號(hào)量第6頁/共29頁用變量w代表某種資源的狀態(tài)（0表示可用，1表示不可用），w稱為“鎖” 。 鎖第7頁/共29頁42上鎖原語算法 lock 輸入：鎖變量w 輸出：無 test： if (w為1) goto test； else w=1； *上鎖* 開鎖原語算法 unlock 輸入：鎖變量w 輸出：無 w=0；*開鎖* 第8頁/共29頁50 x代表某航班機(jī)座號(hào)，pa和pb兩個(gè)售票進(jìn)程，售票工作是對(duì)變量x加1。 設(shè)：mutex為鎖p ( ) p ( ) lock(mutex)； lock(mutex)； x:=x+1 ； x:=x+1 ； unlock(mutex)； unloc

5、k(mutex)； 第9頁/共29頁 程序 task1 main( ) p1( ) p2( ) int w=0； * 互斥鎖 * cobegin lock(w)； lock(w)； p1( )； csa ； csb ； p2( )； unlock(w)； unlock(w)； coend 代表并發(fā)執(zhí)行上鎖開鎖臨界區(qū)臨界區(qū)第10頁/共29頁46上鎖原語進(jìn)入臨界區(qū)csa 進(jìn)程 pa開鎖原語上鎖原語進(jìn)入臨界區(qū)csb 進(jìn)程 pb開鎖原語一個(gè)臨界資源可以對(duì)應(yīng)多個(gè)臨界區(qū)。一個(gè)臨界資源可以對(duì)應(yīng)多個(gè)臨界區(qū)?；コ獾厥褂门R界資源是通過互斥地進(jìn)入臨界區(qū)實(shí)現(xiàn)的?；コ獾厥褂门R界資源是通過互斥地進(jìn)入臨界區(qū)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)不？進(jìn)

6、程進(jìn)程A、B共享變量共享變量x，需要互斥執(zhí)行；進(jìn)程，需要互斥執(zhí)行；進(jìn)程B、C共享變量共享變量y，B、C也需要互斥執(zhí)行，因此，進(jìn)程也需要互斥執(zhí)行，因此，進(jìn)程A、C必須互斥執(zhí)行必須互斥執(zhí)行。第11頁/共29頁 1W 進(jìn)入臨界區(qū)csa 0W進(jìn)程AW=1?= 0 1W 進(jìn)入臨界區(qū)csb 0W進(jìn)程BW=1 ?= 0進(jìn)程得不到鎖，應(yīng)該由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為等待狀態(tài)第12頁/共29頁進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的準(zhǔn)則 空閑讓進(jìn) 忙則等待 有限等待 讓權(quán)等待第13頁/共29頁43信號(hào)燈的整型變量s。 變量值 0 時(shí)，表示綠燈，代表有資源可用； 變量值 0當(dāng)一進(jìn)程因在記當(dāng)一進(jìn)程因在記錄型信號(hào)量錄型信號(hào)量S上執(zhí)上執(zhí)行行V(S)操作而導(dǎo)

7、致操作而導(dǎo)致喚醒另一進(jìn)程后，喚醒另一進(jìn)程后，S的值為（的值為（ ）。）。 A.0 B.0 C.0 D.0第16頁/共29頁main( ) int mutex=1； * 互斥信號(hào)燈 * cobegin pa( )； pb( )； coend pa( ) pb( ) p(mutex)； p(mutex)； csa ； csb ； v(mutex)； v(mutex)； 兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程，互斥信號(hào)燈的值僅取1、0和1三個(gè)值。 mutex=1 表示沒有進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)； mutex=0 表示有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)； mutex=1 表示一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)， 另一個(gè)進(jìn)程等待進(jìn)入。 第17頁/共29頁x代表某航班

8、機(jī)座號(hào)，pa和pb兩個(gè)售票進(jìn)程，售票工作是對(duì)變量x加1。 設(shè)：mutex為互斥信號(hào)燈，初值為1。p ( ) p ( ) p(mutex)； p(mutex)； x:=x+1 ； x:=x+1 ； v(mutex)； v(mutex)； 第18頁/共29頁同步 生產(chǎn)者消費(fèi)者問題 合作進(jìn)程第19頁/共29頁54 計(jì)算進(jìn)程 cp和打印進(jìn)程 iop公用一個(gè)單緩沖，為了完成正確的計(jì)算與打印，試用信號(hào)燈的p、v操作實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)進(jìn)程的同步。 iop cp兩個(gè)進(jìn)程的任務(wù) 計(jì)算進(jìn)程cp經(jīng)過計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果送入buf； 打印進(jìn)程iop把buf中的數(shù)據(jù)取出打印。 第20頁/共29頁57main( ) int sa=0

9、； *表示buf中有無信息 * int sb=1； *表示buf中有無空位置* cobegin cp( )；iop( )； coendcp( ) iop( ) while(計(jì)算未完成) while(打印工作未完成) 得到一個(gè)計(jì)算結(jié)果； p(sa)； p(sb)； 從緩沖區(qū)中取一數(shù)； 將數(shù)送到緩沖區(qū)中； v(sb)； v(sa)； 從打印機(jī)上輸出； iop cp第21頁/共29頁59 生產(chǎn)者與消費(fèi)者的同步關(guān)系 生產(chǎn)者：當(dāng)有界緩沖區(qū)中無空位置時(shí)，要等待； 向有界緩沖區(qū)放入物品后，要發(fā)消息。 消費(fèi)者：當(dāng)有界緩沖區(qū)中無物品時(shí)，要等待； 從有界緩沖區(qū)取出物品后，要發(fā)消息。c1p1 c2c3ckp2p3p

10、m第22頁/共29頁62程序描述main( ) int sa=0； *滿緩沖區(qū)的數(shù)目* int sb=n； *空緩沖區(qū)的數(shù)目* int mutex=1； *對(duì)有界緩沖區(qū)進(jìn)行操作的互斥信號(hào)燈* cobegin p1 ( )； p2 ( )； pm ( )； c1 ( )； c2 ( )； ck ( )； coend第23頁/共29頁pi( ) cj( ) while(生產(chǎn)未完成) while(還要繼續(xù)消費(fèi)) p(sa)； 生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品； p(mutex)； p(sb)； 從有界緩沖區(qū)中取產(chǎn)品； p(mutex)； v(empty)； 送一個(gè)產(chǎn)品到有界緩沖 v(sb)； v(mutex)； 消費(fèi)一

11、個(gè)產(chǎn)品； v(sa)； 生產(chǎn)者消費(fèi)者問題是一個(gè)既有同步又有互斥的問題。生產(chǎn)者消費(fèi)者問題是一個(gè)既有同步又有互斥的問題。第24頁/共29頁例子 若信號(hào)量S初值為2，當(dāng)前值為1，則表示有 ( )個(gè)進(jìn)程在與S相關(guān)的隊(duì)列上等待。A0 B1C2D3 一種資源的數(shù)量是8，這個(gè)資源對(duì)應(yīng)的信號(hào)量的當(dāng)前值是2，說明:( )A. 有2個(gè)進(jìn)程等待這個(gè)資源B. 有2個(gè)資源可以使用C. 有6個(gè)進(jìn)程等待這個(gè)資源D. 有6個(gè)資源可以使用信號(hào)量的物理意義是當(dāng)信號(hào)量值大于零時(shí)表示信號(hào)量的物理意義是當(dāng)信號(hào)量值大于零時(shí)表示 可分配資源的個(gè)數(shù)可分配資源的個(gè)數(shù) ；當(dāng)信；當(dāng)信號(hào)量值小于零時(shí)，其絕對(duì)值為號(hào)量值小于零時(shí)，其絕對(duì)值為 等待使用該資源的進(jìn)程的個(gè)數(shù)等待使用該資源的進(jìn)程的個(gè)數(shù) 。第25頁/共29頁51進(jìn)程流圖 p3 s fp5p1p2p4p6p9p10p8 f sp5p6p7 s f第26頁/共29頁53pbpcpa f smain( ) int sb=0； *表示pb進(jìn)程能否開始執(zhí)行* int sc=0； *