进程和同步及通信,进程死锁
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操作系统面试题及答案
操作系统面试题及答案1. 简述操作系统的定义和功能。
操作系统是一种系统软件，是计算机系统的核心组成部分。
它主要有以下功能：- 进程管理：负责创建、调度和终止进程，以及进程间的通信和同步。
- 内存管理：控制内存的分配和回收，并提供虚拟内存机制。
- 文件系统管理：负责文件的组织、存储和访问控制。
- 设备管理：管理和控制系统中的各种硬件设备，如磁盘、打印机等。
- 用户界面：提供与用户交互的接口，如命令行界面或图形界面。
2. 解释进程和线程的区别。
进程是程序的执行实例，拥有独立的地址空间和资源。
一个进程可以包含多个线程，各个线程共享相同的地址空间和资源。
区别：- 线程是进程的一部分，进程是资源分配的最小单位，而线程是CPU调度的最小单位。
- 进程之间相互独立，一个进程的崩溃不会影响其他进程；线程共享进程的资源和上下文，一个线程的错误可能导致整个进程崩溃。
- 进程切换开销较大，包括上下文切换和资源分配；线程切换开销较小，因为线程共享资源。
- 进程间通信需要特殊的机制，如管道、信号量等；线程间通信更简单，可以直接读写共享变量。
3. 什么是死锁？死锁的条件是什么？死锁是指两个或多个进程在执行过程中，由于竞争资源而造成的相互等待的状态，导致无法继续执行。
死锁的条件包括以下四个因素：- 互斥条件：资源不能被共享，只能由一个进程使用。
- 请求与保持条件：进程在申请新的资源的同时，保持已占有的资源。
- 不剥夺条件：进程已获得的资源在未使用完之前不能被强行剥夺。
- 循环等待条件：存在一个进程的资源请求序列，使每个进程都占有下一个进程所需的资源。
4. 解释虚拟内存的概念及其优势。
虚拟内存是一种存储管理技术，它将磁盘空间作为扩展的主存储器，允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。
虚拟内存的优势包括：- 能够运行比实际物理内存更大的程序，提高系统的可用性。
- 允许多个程序同时运行，减少了对物理内存的竞争。
- 实现了内存的共享，不同的进程可以共享同一块内存区域，提高了系统的效率。
操作系统 概念,问答
第一章操作系统概述1操作系统：是管理系统资源，控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，并合理组织计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系统软件。
2操作系统功能：a处理器管理b存储管理c设备管理d文件管理e网络与通信管理f用户接口3操作系统的主要特性：并发性，共享性，异步性并发性：两个或两个以上的活动或时间在同一时间间隔内发生，其实质是对有限的物理资源强行复用，供多用户共享以提高效率并行性：两个或两个以上的活动或事件在同一时刻发生并发性和并行性的关系：并行活动一定是并发的，反之并发活动未必是并行的，并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展4多道程序设计基本思想多道程序设计是指允许多个作业同时进入计算机系统的主存并启动交替计算的方法，也就是说，主存中多个相互独立的程序处于开始和结束之间，从宏观上看是并行的，多道程序设计都处于运行过程中，但尚未运行结束；从微观上看是串行的，各道程序轮流占用cpu交替地执行，引入多道程序设计技术，可以提高cpu的利用率，充分发挥计算机硬部件的并行性5内核及其属性内核是一组程序模块，作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作，通常驻留在内核空间，运行于核心态，具有访问硬件设备和所有主存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序内核的功能：资源抽象，资源分配，资源共享内核的属性：a内核是由中断驱动的b内核是不可抢占的c内核部分程序在屏蔽中断状态下执行d内核可使用特权指令6API，库函数和系统调用第二章处理器管理1特权指令和非特权指令，访管指令，原语特权指令：指仅供内核程序使用的指令，如启动设备，设置时钟，控制中断屏蔽位，清空主存，建立存储键，加载psw等敏感性操作内核能够执行全部指令，应用程序只能使用非特权指令访管指令包括操作码和访管参数两部分，前者表示此指令时访管指令，后者则表示具体的访管要求原语是在管态下执行，完成系统特定功能的过程，其特点是执行过程中不允许被中断。
PROCESS
同步机制应遵循的准则
空闲让进 忙则等待 有限等待 让权等待
北京航空航天大学计算机科学与工程系 王雷
2.4.2
Test and Set指令
硬件指令机制
– IBM370系列机器中称为TS；在INTEL8086中成为 XCHG指令。
利用TS实现进程互斥
北京航空航天大学计算机科学与工程系 王雷
Function TS(var lock: boolean):boolean; begin TS :=lock; lock :=true; end Repeat while TS(lock) do skip; critical section; lock:=false; remainder section; until false
北京航空航天大学计算机科学与工程系 王雷
进程的定义
可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行 过程。
北京航空航天大学计算机科学与工程系 王雷
进程的特征
动态性 并发性 独立性 异步性 结构特征：程序段，数据段，进程控制块PCB
北京航空航天大学计算机科学与工程系 王雷
引入进程的利弊
利：提高效率 弊：空间开销、时间开销。
北京航空航天大学计算机科学与工程系 王雷
软件实现进程互斥 3
flag[i] := true; <a> while (flag[j]) do skip; <b> critical section; flag[i] := false; remainder section;
类似于算法2，与互斥算法2的区别在于先修改 后检查。可防止两个进程同时进入临界区。 缺点：Pi和Pj可能都进入不了临界区。按下面 序列执行时，会都进不了临界区：“Pi<a> Pj<a> Pi<b> Pj<b>”。即在切换自己flag之后 和检查对方flag之前有一段时间，结果都切换 flag，都检查不通过。
第二讲 进程管理(1)--进程控制
N=account;
N=N+200; account=N;
建立一个能够描述程序的执行过程并且能用来共享资 源的基本单位。
2.1.5 进程的定义和特征
一、进程（Process) 进程是程序在一个数据集上的运行过程，是系统 进行资源分配和调度的一个独立单位。
其它定义：
进程是程序的一次执行。 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所 发生的活动。 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配 和调度的一个独立单位”。
2.2 进程的描述
系统中需要有描述进程存在和能够反映其变化的物理实体，即进程的静态 描述。进程的静态描述由三部分组成：进程控制块PCB，有关程序段和该 程序段对其进行操作的数据结构集。
进程控制块PCB包含了有关进程的描述信息、控制信息以及资源信息，是 进程动态特征的集中反映。 系统根据PCB感知进程的存在和通过PCB中所包含的各项变量的变化，掌 握进程所处的状态以达到控制进程活动的目的。
21
2.2.1 进程控制块
4）进程控制信息：
程序和数据的地址——指程序和数据所在的内存或外存首地址； 进程同步和通信机制——如信号量、消息队列指针等，它们可能全 部或部分地存放在PCB中； 资源清单——是一张列出了除CPU外的、进程所需的全部资源及已 经分配到该进程的资源的清单； 链接指针——它给出本进程（PCB）所在队列中下一个进程的PCB的 首址。
27
2.3.1 进程的基本状态
进程的挂起/解挂状态
一、设臵原因
1、用户需要 ：中间结果与预期不符； 2、操作系统需要：系统某些功能故障； 3、系统负荷过重 4、父进程需要 5、对换的需要
二、设臵挂起状态后进程状态的转换
操作系统进程通信
P2：R2=count R2=R2+1 count=R2
P1：count=R1
结果：虽然P1和P2进程各自都执行了对count加1的操作 段，但结果count只增加1。
原因分析：变量count就是临界资源，P1、P2访问count 的两个程序段就是临界区。但是两个进程同时进入了临 界区执行了。
8
19
用中断机制保证锁的安全性
用中断机制保证测试锁状态和关锁操作的原子性。
在测试锁状态前关闭中断； 如果测试不通过，开中断，然后重新测试。 如果测试通过，关锁，然后开中断，进入临界区。
优缺点：
中断关闭时间短，只两条指令。不会影响到中断处理 效率，也不会影响进程的并发特性。
不能用于多CPU系统。
24
刚进入临界区： wanted_in[self] = TRUE CASE1: Wanted_in[other] == FALSE, observer == self CASE2: Wanted_in[other] == TRUE, observer == other， CASE3： Wanted_in[other] == FALSE，且 observer == other（实际上不可能出现）
不在临界区，也没参与竞争临界区：wanted_in[self] == FLASE;
参与竞争临界区，但还没有设置观察进程（刚执行完 wanted_in[self] = TRUE）：
刚设置了观察进程，但还没有执行测试进入： wanted_in[self] == TRUE
处于循环等待态： wanted_in[other] = TRUE 并且 observer == self
20
2-4、锁机制的软件实现
背景：
硬件实现需要代价比较大 移植性差，依赖具体的硬件平台 在多处理环境下有些硬件实现方式不使用，如中
P1：count=R1
结果：虽然P1和P2进程各自都执行了对count加1的操作 段，但结果count只增加1。
原因分析：变量count就是临界资源，P1、P2访问count 的两个程序段就是临界区。但是两个进程同时进入了临 界区执行了。
8
19
用中断机制保证锁的安全性
用中断机制保证测试锁状态和关锁操作的原子性。
在测试锁状态前关闭中断； 如果测试不通过，开中断，然后重新测试。 如果测试通过，关锁，然后开中断，进入临界区。
优缺点：
中断关闭时间短，只两条指令。不会影响到中断处理 效率，也不会影响进程的并发特性。
不能用于多CPU系统。
24
刚进入临界区： wanted_in[self] = TRUE CASE1: Wanted_in[other] == FALSE, observer == self CASE2: Wanted_in[other] == TRUE, observer == other， CASE3： Wanted_in[other] == FALSE，且 observer == other（实际上不可能出现）
不在临界区，也没参与竞争临界区：wanted_in[self] == FLASE;
参与竞争临界区，但还没有设置观察进程（刚执行完 wanted_in[self] = TRUE）：
刚设置了观察进程，但还没有执行测试进入： wanted_in[self] == TRUE
处于循环等待态： wanted_in[other] = TRUE 并且 observer == self
20
2-4、锁机制的软件实现
背景：
硬件实现需要代价比较大 移植性差，依赖具体的硬件平台 在多处理环境下有些硬件实现方式不使用，如中
操作系统-进程管理
02
最短作业优先（SJF）：优先调度预计运行时 间最短的进程。
03
最短剩余时间优先（SRTF）：优先调度剩余 时间最短的进程。
04
优先级调度：根据进程的优先级进行调度。
死锁的产生与预防
死锁的产生
死锁是指两个或多个进程在无限期地等待对方释放资源的现象。产生死锁的原因包括资源分配不当、 请求和保持、环路等待等。
操作系统-进程管理
• 进程管理概述 • 进程的同步与通信 • 进程调度与死锁 • 进程的并发控制 • 进程管理的发ห้องสมุดไป่ตู้趋势与挑战
01
进程管理概述
进程的定义与特点
01
进程是程序的一次执行，具有动态性、并发性、独立性和制 约性。
02
进程拥有独立的内存空间，执行过程中不受其他进程干扰。
03
进程是系统资源分配和调度的基本单位，能够充分利用系统 资源进行高效计算。
进程同步的机制
进程同步的机制主要包括信号量机制、消息传递机制和共享内存机制等。这些 机制通过不同的方式协调进程的执行顺序，以实现进程间的有效协作。
信号量机制
信号量的概念
信号量是一个整数值，用于表示系统资源或临界资源的数量 。信号量可以用来控制对共享资源的访问，以避免多个进程 同时访问导致的数据不一致问题。
消息传递的机制
消息传递的机制包括发送和接收操作。发送操作将消息发送给目标进程，接收操 作从消息队列中获取消息并进行处理。通过这种方式，多个进程可以通过发送和 接收消息来协调执行顺序和交换数据。
共享内存机制
共享内存的概念
共享内存是一种实现进程间通信的有效方式，通过共享一段内存空间来实现不同进程之间的数据交换和共享。
预防死锁的方法
操作系统第4章ppt课件
THANKS
感谢观看
P/V操作
对信号量进行加减操作，实现进程同 步与互斥。
经典同步问题及其解决方法
1 2
生产者-消费者问题
通过两个信号量分别控制生产者和消费者进程， 确保生产者和消费者之间的同步与互斥。
哲学家进餐问题
通过引入资源分级法或信号量集机制，避免死锁 的发生，确保哲学家进餐过程中的同步与互斥。
3
读者-写者问题
。
多线程模型比较分析
01
多对一模型Leabharlann 将多个用户级线程映射到一个内核级线程上。该模型下，线程管理在用
户空间完成，线程的调度采用非抢占式调度，由线程库负责。
02
一对一模型
将每个用户级线程都映射到一个内核级线程上。该模型下，线程的创建
、撤销和同步等都在内核中实现，线程的调度由内核完成。
03
多对多模型
将多个用户级线程映射到少数但不止一个内核级线程上。该模型结合了
前两种模型的优点，允许多个用户级线程映射到不同的内核级线程上运
行。
线程同步与互斥机制
互斥锁
采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共 资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源 不会同时被多个线程同时访问。
信号量
信号量是一个整型变量，可以对其执行down和up操作，也 就是常见的P和V操作。信号量初始化为一个正数，表示并发 执行的线程数量。
死锁避免：银行家算法是一种典型的 死锁避免算法。该算法通过检查请求 资源的进程对资源的最大需求量是否 超过系统可用资源量来判断是否分配 资源给该进程。如果分配后系统剩余 资源量仍然能够满足其他进程的最大 需求量，则分配资源，否则不分配资 源。
死锁检测：通过定期运行死锁检测算 法来检测系统中是否存在死锁。常见 的死锁检测算法有资源分配图算法和 银行家算法等。如果检测到死锁发生 ，则需要采取相应措施来解除死锁， 例如通过撤销部分进程或抢占部分资 源来打破死锁状态。
操作系统原理教程第2章
超线程的工作
– 超线程处理器被视为两个分离的逻辑处理器,应用程序
不须修正就可使用这两个逻辑处理器. – 每个逻辑处理器都可独立响应中断.第一个逻辑处理器 可追踪一个软件线程,而第二个逻辑处理器则可同时追 踪另一个软件线程. – 由于两个线程共同使用同样的执行资源,因此不会产生 一个线程执行的同时,另一个线程闲置的状况.
要进行合理的控制和协调才能正确执行
资源共享关系 相互合作关系
进程的同步与互斥
进程同步与互斥的概念 进程同步机制应遵循的原则 利用锁机制实现同步
进程同步与互斥的概念
临界资源
– 在系统中有许多硬件或软件资源,在一段时间内只允许一个进程访
问或使用,这种资源称为临界资源.
临界区
– 每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
信号量的操作
(1)P操作:记为P(S),描述为:
– – – – – – – –
P(S) { S=S-1; if (S<0) W(S); } V(S) { S=S+1; if (S<=0) R(S); }
(2)V操作:记为V(S),描述为:
利用PV操作实现互斥 利用PV操作实现互斥
概念:
– 互斥信号量是根据临界资源的类型设置的.有几种
进程的定义
– 一个程序在一个数据集合上的一次运行过程.所以
一个程序在不同数据集合上运行,乃至一个程序在 同样数据集合上的多次运行都是不同的进程.
进程的特征
– – – – –
动态性 并发性 独立性 异步性 结构性
进程的状态
进程的三种基本状态 进程的其它两种状态 进程状态间的转换
进程的三种基本状态
就绪状态
– 【例2-5】有4位哲学家围着一个圆桌在思考和进餐,
进程间的制约关系
进程间的制约关系
进程是计算机中运行的程序实例，多个进程之间可能存在各种制约关系。
例如，一个进程可能需要等待另一个进程完成某个任务后才能继续执行，或者多个进程需要协同完成某个任务。
这些制约关系可能会导致进程之间的竞争和冲突，进而影响系统的性能和稳定性。
为了避免进程之间的制约关系导致的问题，操作系统提供了一系列机制，包括进程调度、进程同步和进程通信等。
进程调度机制决定了哪些进程可以占用CPU资源执行，以及执行的顺序和优先级。
进程同步机制用于协调多个进程之间的合作，例如互斥、同步和死锁避免等。
进程通信机制则用于实现进程之间的数据交换和信息传递，例如管道、消息队列、信号和共享内存等。
在编写并发程序时，需要考虑进程间的制约关系，避免出现竞争和冲突问题。
通常可以采用锁、互斥量、条件变量等技术来保护共享资源，以及采用进程同步和通信机制来实现多个进程之间的协作。
此外，还可以采用多线程编程来替代多进程编程，因为线程之间的制约关系通常比进程之间的制约关系更简单和高效。
- 1 -。
长沙理工大学操作系统简答题复习
长沙理工大学操作系统简答题复习(总11页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March处理机管理有哪些主要功能其主要任务是什么处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度；进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。
进程同步：为多个进程（含线程）的运行进行协调。
进程通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。
处理机调度：（1）作业调度。
从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源。
（2）进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设臵运行现场，使进程投入执行。
文件管理有哪些主要功能其主要任务是什么文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读（写）管理和保护。
文件管理的主要任务：管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。
设备管理有哪些主要功能其主要任务是什么主要功能有: 缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。
主要任务: 完成用户提出的I/O 请求，为用户分配I/O 设备；提高CPU 和I/O 设备的利用率；提高I/O速度；以及方便用户使用I/O设备。
内存管理有哪些主要功能其主要任务是什么内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。
内存分配：为每道程序分配内存。
内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。
地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。
内存扩充：用于实现请求调用功能，置换功能等。
在操作系统中为什么要引入进程概念它会产生什么样的影响为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。
影响: 使程序的并发执行得以实行。
试从调度性、并发性、拥有资源性及系统开销方面对进程和线程进行比较。
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Parend；
1）并发语句示例 1
Parbegin read（a）； read（b）；
Parend； c= a+b； write（c）；
10
2）并发语句示例2
Var F,G:file of T;
r,s:T;
reset(F);
read(F,r); while not eof(F) do{ s=r; Parbegin write(G,s); read(F,r); Parend; }
实现的两种方法： 1) OS提供进程创建，结束和同步的系统调用； 2) 由并行语言编译器将并发语言的语句转化 为对OS的系统调用。
12
与进程相关的系统调用
UN下系统调用：
fork（）：创建一个新进程。 (1) 该子进程继承了父进程的程序空间， 复制了父进程的数据段和栈段。也就是说不 管是父进程还是子进程，在占有处理机后， 都从fork（）调用的返回点开始运行;
执行。 操作系统核心程序也要尽可能地并发运行
S1
S2
S3
图4.1 任务中子任务关系示意图
7
4.1.1 并发编程方法
传统的串行程序存在着并行成分： Read (a)； Read (b)； c = a + b； Write (c)
Read（a）和Read（b）两个语句可并行 执行。
8
识别程序中的并发成分有两种方法：
M=count
N=N+100
M=M-200
count=N
count=M
…
…
如果按以下次序占处理机运行:
N=count,N=N+100; M=count,M=M-200,count=M; count=N. 结果count=400(应为200)*
4.1 并发执行实现
并发的需要
操作系统应尽量支持用户态程序最大限度地并发执行。 程序设计要利用OS对并发运行的支持，安排事务并发
程序员写顺序程序，用识别工具识别 并发成分。再组织使用操作系统的并 发机制。
由程序员识别并发成分:
➢ 用并发程序设计语言设计并发程序， 由编译系统安排并发；
➢ 直接利用操作系统的系统调用。
9
并发程序设计语言 --- 并发语句
它是一种高级语言； 语法形式：
Parbegin
S1；S2； …Sn；
失去封闭性：多个程序共享系统中的各种资源，资源的状
态将由多个程序改变，失去封闭性。一个程序执行时，会受 到其他程序的影响。
不可再现性（待续）
计算机操作系统
并发与共享的问题：并行程序访问共享数据 问题举例:(count为共享变量初值=300)
Program A: …
Program B:…
N=count
第4章 进程的同步与通信、进程死锁
主要内容：并发执行，临界段，信号量，经 典进程同步问题，消息传递原理，死锁。 重点：临界段、同步、互斥的概念；信号量 的概念和物理意义；消息传递的原理，死锁 的概念。 难点：信号量解决进程同步与互斥的方法， 死锁防止、避免。
1
1. 程序的顺序执行
前趋图：用于描述一个程序的各部分（
程序段或语句）间的执行顺序关系，或
s1
者是一个大的计算各子任务间的因果关 系。
1）是一个有向无循环图；
s2
s3
s4
2）图的结点对应程序中的一条语句、 s5 s6 一个程序段或一个进程；
3）结点间的有向边：表示两个结点之 s7
间存在的偏序或前趋关系 “→”；
计算机操作系统
1. 程序的顺序执行
指各程序段按照某种先后次序执行，仅当
waitpid（pid，…）：等待pid所指定的进 程结束。
14
多进程实现前述的读写并发程序
pid = fork（ ） if pid = = 0 then
{ read（b）； exit（0）；}
else read（a）； wait（&status）； c = a+b； write（c）；
15
4.2 进程的同步与互斥
优点:
并发语句的结构化特征非常好。
缺点：
存在着描述能力不强的缺点，即 存在着用Parbegin/Parend语句无 法描述的并发优先关系。
改进手段：
write(G,r); }
辅以其他手段，则并发语句可以 大大增加其描述并发的能力。
11
4.1.2并发执行的实现
前面是对并发的高级语言描述，要真正实现并 发执行，需要通过OS支持的进程机制。
(2) 父进程fork（）调用的返回值是子进程 的进程标识pid； (3) 子进程fork（）调用的返回值是0。
13
exit（status）：进程结束。该系统调用发 出后，操作系统将从系统中删除调用exit的 进程，并将status值传给等待它结束的父进 程。
wait（&status）：等待子进程结束。 (1)当有多个子进程时，任一个子进程结束 即将控制返回调用者，并将子进程调用exit （status）时的status值送到&status指针 所指单元中。 (2)在控制返回调用者时，同时将所等到的 子进程pid作为wait（）系统调用函数的返
16
例1同步关系
S1
进程P1依次运行S1，
S2，S4，S5，S7；
S2
S3 进程P2依次运行S3，
S6
S4
序（或程序段）的执行尚未结束，另一个程序（或程序
段）的执行已经开始。
I1
I2
I3
C1
C2
C3
若顺序执行三个作业
共需要9（3*3）分钟 并行执行三个作业只
P1
P2
P3
需要5（5/3*3）分钟
计算机操作系统
程序并发执行的特点：
间断性：并发程序由于共享资源或为完成同一项任务而相
互合作，形成相互制约关系。
前一个操作执行完后才能执行后继操作。
I1
C1
P1
I2
C2
P2
图3-2 程序顺序执行时的前趋图
其中I、C、P分别表示输入、计算和打印操作
顺序执行的特点：顺序性，封闭性，可再现性
计算机操作系统
2. 程序的并发执行
概念：若干个程序（或程序段）同时在系统中运行，这
些程序（或程序段）的执行在时间上是重叠的，一个程
同步关系（直接制约）：为了完成一个共同任务，相 互协作的几个进程需要在某些确定点上协调他们的工 作，等待来自其它进程的信息，以调整它们的推进速 度，方可顺利执行完毕。
输入进程
缓冲区
计算进程
互斥关系（间接制约）：把并发进程间存在的因相互 竞争使用独占资源（共享资源）而产生的制约关系。 例如：打印机，共享内存；
1）并发语句示例 1
Parbegin read（a）； read（b）；
Parend； c= a+b； write（c）；
10
2）并发语句示例2
Var F,G:file of T;
r,s:T;
reset(F);
read(F,r); while not eof(F) do{ s=r; Parbegin write(G,s); read(F,r); Parend; }
实现的两种方法： 1) OS提供进程创建，结束和同步的系统调用； 2) 由并行语言编译器将并发语言的语句转化 为对OS的系统调用。
12
与进程相关的系统调用
UN下系统调用：
fork（）：创建一个新进程。 (1) 该子进程继承了父进程的程序空间， 复制了父进程的数据段和栈段。也就是说不 管是父进程还是子进程，在占有处理机后， 都从fork（）调用的返回点开始运行;
执行。 操作系统核心程序也要尽可能地并发运行
S1
S2
S3
图4.1 任务中子任务关系示意图
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4.1.1 并发编程方法
传统的串行程序存在着并行成分： Read (a)； Read (b)； c = a + b； Write (c)
Read（a）和Read（b）两个语句可并行 执行。
8
识别程序中的并发成分有两种方法：
M=count
N=N+100
M=M-200
count=N
count=M
…
…
如果按以下次序占处理机运行:
N=count,N=N+100; M=count,M=M-200,count=M; count=N. 结果count=400(应为200)*
4.1 并发执行实现
并发的需要
操作系统应尽量支持用户态程序最大限度地并发执行。 程序设计要利用OS对并发运行的支持，安排事务并发
程序员写顺序程序，用识别工具识别 并发成分。再组织使用操作系统的并 发机制。
由程序员识别并发成分:
➢ 用并发程序设计语言设计并发程序， 由编译系统安排并发；
➢ 直接利用操作系统的系统调用。
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并发程序设计语言 --- 并发语句
它是一种高级语言； 语法形式：
Parbegin
S1；S2； …Sn；
失去封闭性：多个程序共享系统中的各种资源，资源的状
态将由多个程序改变，失去封闭性。一个程序执行时，会受 到其他程序的影响。
不可再现性（待续）
计算机操作系统
并发与共享的问题：并行程序访问共享数据 问题举例:(count为共享变量初值=300)
Program A: …
Program B:…
N=count
第4章 进程的同步与通信、进程死锁
主要内容：并发执行，临界段，信号量，经 典进程同步问题，消息传递原理，死锁。 重点：临界段、同步、互斥的概念；信号量 的概念和物理意义；消息传递的原理，死锁 的概念。 难点：信号量解决进程同步与互斥的方法， 死锁防止、避免。
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1. 程序的顺序执行
前趋图：用于描述一个程序的各部分（
程序段或语句）间的执行顺序关系，或
s1
者是一个大的计算各子任务间的因果关 系。
1）是一个有向无循环图；
s2
s3
s4
2）图的结点对应程序中的一条语句、 s5 s6 一个程序段或一个进程；
3）结点间的有向边：表示两个结点之 s7
间存在的偏序或前趋关系 “→”；
计算机操作系统
1. 程序的顺序执行
指各程序段按照某种先后次序执行，仅当
waitpid（pid，…）：等待pid所指定的进 程结束。
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多进程实现前述的读写并发程序
pid = fork（ ） if pid = = 0 then
{ read（b）； exit（0）；}
else read（a）； wait（&status）； c = a+b； write（c）；
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4.2 进程的同步与互斥
优点:
并发语句的结构化特征非常好。
缺点：
存在着描述能力不强的缺点，即 存在着用Parbegin/Parend语句无 法描述的并发优先关系。
改进手段：
write(G,r); }
辅以其他手段，则并发语句可以 大大增加其描述并发的能力。
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4.1.2并发执行的实现
前面是对并发的高级语言描述，要真正实现并 发执行，需要通过OS支持的进程机制。
(2) 父进程fork（）调用的返回值是子进程 的进程标识pid； (3) 子进程fork（）调用的返回值是0。
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exit（status）：进程结束。该系统调用发 出后，操作系统将从系统中删除调用exit的 进程，并将status值传给等待它结束的父进 程。
wait（&status）：等待子进程结束。 (1)当有多个子进程时，任一个子进程结束 即将控制返回调用者，并将子进程调用exit （status）时的status值送到&status指针 所指单元中。 (2)在控制返回调用者时，同时将所等到的 子进程pid作为wait（）系统调用函数的返
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例1同步关系
S1
进程P1依次运行S1，
S2，S4，S5，S7；
S2
S3 进程P2依次运行S3，
S6
S4
序（或程序段）的执行尚未结束，另一个程序（或程序
段）的执行已经开始。
I1
I2
I3
C1
C2
C3
若顺序执行三个作业
共需要9（3*3）分钟 并行执行三个作业只
P1
P2
P3
需要5（5/3*3）分钟
计算机操作系统
程序并发执行的特点：
间断性：并发程序由于共享资源或为完成同一项任务而相
互合作，形成相互制约关系。
前一个操作执行完后才能执行后继操作。
I1
C1
P1
I2
C2
P2
图3-2 程序顺序执行时的前趋图
其中I、C、P分别表示输入、计算和打印操作
顺序执行的特点：顺序性，封闭性，可再现性
计算机操作系统
2. 程序的并发执行
概念：若干个程序（或程序段）同时在系统中运行，这
些程序（或程序段）的执行在时间上是重叠的，一个程
同步关系（直接制约）：为了完成一个共同任务，相 互协作的几个进程需要在某些确定点上协调他们的工 作，等待来自其它进程的信息，以调整它们的推进速 度，方可顺利执行完毕。
输入进程
缓冲区
计算进程
互斥关系（间接制约）：把并发进程间存在的因相互 竞争使用独占资源（共享资源）而产生的制约关系。 例如：打印机，共享内存；