操作系统OS02进程同步

2.什么是多道程序设计？多道程序系统的特点是什么？P73.操作系统中为什么要引入进程的概念？为了实现并发进程之间的合作和协调，以及保证系统的安全，操作系统在进程管理方面要做哪些工作？P374.什么是进程控制块（PCB）？它的作用是什么？P415.进程的三种基本状态是什么？给出三状态的转换模型（图）及转换的原因。

P386.什么是死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？P1037.在选择调度方式和调度算法时，应遵循的原则是什么？P908.虚拟存储器基于程序的局部性原理，简述程序局部性原理。

P1429.分页存储管理和分段存储管理有何区别？P13810.SPOOLing的含义是什么？试述SPOOLing系统的原理和功能。

P19011.设备管理广泛采用缓冲技术，引入缓冲技术的原因是什么？P17112.什么是设备独立性？引入设备独立性之后有哪些好处？P18413.文件系统有哪些功能？其中最重要的功能是什么？P20614.对目录管理的主要要求是什么？P22415.操作系统用户接口中包括哪几种接口？它们分别适用于哪种情况？P248答：所谓并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

即在内存中放多道作业，在一个时间段上来看，每一道作业都能不同程度地向前推进。

但在任何一个时间点上只能有一道占用CPU。

并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。

存在于有多个CPU的环境中，在内存中放多道作业，在任一时间点上都可能有多道作业在不同的CUP上同时执行。

并行是一种物理的、或微观的同时性概念；并发是一种逻辑的、或宏观的同时性概念；2.什么是多道程序设计？多道程序系统的特点是什么？P7答：Ⅰ、在内存中放多道程序,使它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。

Ⅱ、特点：①资源利用率高；②系统吞吐量大；③平均周转时间长；④无交互能力（1）多道，即计算机内存中同时放多道相互独立的程序。

2）宏观上并行，是指共识进入系统的多道程序都处于运行过程。

3）微观上串行，是指在单道处理机环境下，内存中的多道程序轮流地占有CPU，交替执行。

集美大学计算机工程学院实验报告课程名称：操作系统指导教师：王丰实验成绩：实验编号：实验三实验名称：进程同步班级：计算12姓名：学号：上机实践日期：2015.5上机实践时间：2学时一、实验目的1、掌握用Linux信号灯集机制实现两个进程间的同步问题。

2、共享函数库的创建二、实验环境Ubuntu-VMware、Linux三、实验内容⏹需要的信号灯: System V信号灯实现☐用于控制司机是否可以启动车辆的的信号灯 S1=0☐用于控制售票员是否可以开门的信号灯 S2=0System V信号灯实现说明□ System V的信号灯机制属于信号灯集的形式, 一次可以申请多个信号灯.□同样利用ftok()生成一个key： semkey=ftok(path,45);□利用key申请一个包含有两个信号灯的信号灯集, 获得该集的idsemid=semget(semkey,2,IPC_CREAT | 0666);□定义一个联合的数据类型union semun{int val;struct semid_ds *buf;ushort *array;};□利用semctl()函数对信号灯初始化,参数有:信号灯集的id: semid要初始化的信号灯的编号:sn要设定的初始值:valvoid seminit(int semid, int val,int sn){union semun arg;arg.val=val;semctl(semid,sn,SETVAL,arg);}利用初始化函数,初始化信号灯:seminit(semid,0,0);//用来司机启动汽车的同步seminit(semid,0,1);//用来售票员开门的同步控制□利用semop()函数, 对信号灯实现V操作:sembuf是一个在头部文件中的预定义结构、semid—信号灯集id, sn—要操作的信号灯编号void semdown(int semid,int sn){/* define P operating*/struct sembuf op;op.sem_num=sn;op.sem_op=-1;//P操作为-1op.sem_flg=0;semop(semid,&op,1);}2、Linux的静态和共享函数库·Linux生成目标代码： gcc -c 源程序文件名（将生成一个与源程序同名的.o目标代码文件。

操作系统同步和互斥操作系统中的进程之间的关系只有两种：同步与互斥。

下面由店铺为大家整理了操作系统的同步和互斥的相关知识，希望对大家有帮助!操作系统同步和互斥1.进程同步进程同步也是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。

进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。

比如说进程A需要从缓冲区读取进程B产生的信息，当缓冲区为空时，进程B因为读取不到信息而被阻塞。

而当进程A产生信息放入缓冲区时，进程B才会被唤醒。

2.进程互斥进程互斥是进程之间的间接制约关系。

当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。

只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。

比如进程B需要访问打印机，但此时进程A占有了打印机，进程B会被阻塞，直到进程A释放了打印机资源,进程B才可以继续执行。

扩展：临界资源在操作系统中，进程是占有资源的最小单位(线程可以访问其所在进程内的所有资源，但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源)。

但对于某些资源来说，其在同一时间只能被一个进程所占用。

这些一次只能被一个进程所占用的资源就是所谓的临界资源。

典型的临界资源比如物理上的打印机，或是存在硬盘或内存中被多个进程所共享的一些变量和数据等(如果这类资源不被看成临界资源加以保护，那么很有可能造成丢数据的问题)。

对于临界资源的访问，必须是互诉进行。

也就是当临界资源被占用时，另一个申请临界资源的进程会被阻塞，直到其所申请的临界资源被释放。

而进程内访问临界资源的代码被成为临界区。

对于临界区的访问过程分为四个部分：1.进入区:查看临界区是否可访问，如果可以访问，则转到步骤二，否则进程会被阻塞2.临界区:在临界区做操作3.退出区:清除临界区被占用的标志4.剩余区：进程与临界区不相关部分的代码临界资源使用规则：忙则等待、优先等待、空闲让进、让权等待(在临界区的进程，不能在临界区内长时间处于事件等待，必须在一定时间退出临界区)。

进程间同步的几种方法进程间同步是指两个或多个进程之间进行协调，以确保它们能够正确地执行。

这是多任务操作系统中的重要问题，因为进程之间共享资源，包括内存、文件和网络连接等。

进程同步的关键是确保一组进程在处理共享资源时，能够避免发生竞态条件（Race Condition）和死锁（Deadlock）。

竞态条件指多个进程同时访问共享资源，导致不正确的结果。

死锁指多个进程互相等待，导致它们都无法继续执行。

1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步方法之一，它被用来保护共享资源，确保同一时刻只有一个进程可以访问它。

当一个进程获取了锁，其他进程必须等待，直到锁被释放。

在 POSIX 系统中，互斥锁可以通过 pthread_mutex_t 数据类型实现。

我们可以使用pthread_mutex_init() 函数初始化锁，使用 pthread_mutex_lock() 函数获取锁，使用pthread_mutex_unlock() 函数释放锁。

下面是一个例子，展示了如何使用互斥锁同步两个进程对共享变量的访问：```c#include <pthread.h>#include <stdio.h>int count = 0;pthread_mutex_t lock;void *increment(void *arg) {for (int i = 0; i < 1000000; i++) {pthread_mutex_lock(&lock); // 获取锁count++;pthread_mutex_unlock(&lock); // 释放锁}return NULL;}在上面的例子中，我们创建了两个线程，它们分别对共享变量 count 进行了一百万次的递增操作。

我们使用了互斥锁来保护 count 变量，确保同一时刻只有一个线程可以访问它。

2. 信号量3. 条件变量条件变量可以被用来支持更高级的同步机制，如互斥锁和信号量。

操作系统：进程同步基本概念在 Os 中引⼊进程后，虽然提⾼了资源的利⽤率和系统的吞吐量，但由于进程的异步性，也会给系统造成混乱，尤其是在他们争⽤临界资源时。

例如，当多个进程去争⽤⼀台打印机时，有可能使多个进程的输出结果交织在⼀起，难于区分；⽽当多个进程去争⽤共享变量、表格、链表时，有可能致使数据处理出错。

进程同步的主要任务是对多个相关进程在执⾏次序上进⾏协调，以使并发执⾏的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从⽽使程序的执⾏具有可再现性。

在资源共享的情况下：保证诸进程以互斥的⽅式访问临界资源—必须以互斥⽅式访问的共享资源；在相互合作的关系中：进程同步的主要任务是保证相互合作的诸进程在执⾏次序上协调，（有些教材把这种功能称做“协调”）。

相互合作的进程可能同时存在资源共享的关系。

如何实现进程互斥，需要让进程以互斥的⽅式进⼊各⾃的临界区，先执⾏进⼊区的代码。

⼈为地加⼀段代码。

临界资源必须以互斥⽅式访问的共享资源counter的例⼦：在机器语⾔中实现两个进程给count加⼀的操作register1 = countregister1 = register1 + 1count = register1register2 = countregister2 = register2 + 1count = register2但是如果是并发执⾏，可能会出现下⾯的情况register1 = countregister2 = countregister1 = register1 + 1register2 = register2 + 1count = register1count = register2结果就不对了。

可见，counter应该作为临界资源。

多个进程必须对其进⾏互斥访问临界区在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

如果能保证诸进程互斥地进⼊⾃⼰的临界区，便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。

每个进程在进⼊临界区之前，应先对欲访问的临界资源进⾏检查，看它是否正被访问。

进程同步与互斥总结
进程同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，它们都是为了保证多个进程能够在正确的时间顺序和正确的方式下运行。

进程同步是指多个进程之间协调执行的过程，而互斥是指多个进程之间竞争有限资源的过程。

以下是关于进程同步与互斥的一些总结：
1. 进程同步方式：
- 信号量：通过对共享资源的访问进行限制，实现多个进程之间的同步。

- 互斥锁：通过对共享资源的访问进行互斥，实现多个进程之间的同步。

- 条件变量：通过对进程状态的检查，实现多个进程之间的同步。

2. 进程互斥方式：
- 临界区：多个进程同时访问共享资源时，只允许一个进程访问。

- 互斥量：多个进程同时访问共享资源时，通过加锁和解锁来实现互斥。

- 读写锁：多个进程同时访问共享资源时，允许多个进程同时读取，但只允许一个进程写入。

3. 进程同步与互斥的优缺点：
- 信号量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。

- 互斥锁：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。

- 条件变量：优点是可以检查进程状态，缺点是只能处理两个进
程之间的同步。

- 临界区：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。

- 互斥量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。

- 读写锁：优点是可以允许多个进程同时读取，缺点是会出现写入延迟的问题。

综上所述，进程同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，需要根据具体的场景选择适合的同步方式或互斥方式来保证多个进程之
间的协调执行和有限资源的竞争。

操作系统进程同步实验报告实验三:进程同步实验一、实验任务:(1)掌握操作系统的进程同步原理;(2)熟悉linux的进程同步原语;(3)设计程序,实现经典进程同步问题。

二、实验原理:(1)P、V操作PV操作由P操作原语与V操作原语组成(原语就是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下:P(S):①将信号量S的值减1,即S=S-1;②如果S30,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。

V(S):①将信号量S的值加1,即S=S+1;②如果S>0,则该进程继续执行;否则释放队列中第一个等待信号量的进程。

(2)信号量信号量(semaphore)的数据结构为一个值与一个指针,指针指向等待该信号量的下一个进程。

信号量的值与相应资源的使用情况有关。

当它的值大于0时,表示当前可用资源的数量;当它的值小于0时,其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。

注意,信号量的值仅能由PV 操作来改变。

一般来说,信号量S30时,S表示可用资源的数量。

执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源,因此S的值减1;当S(3)linux的进程同步原语①wait();阻塞父进程,子进程执行;②#include#includekey_t ftok (char*pathname, char proj);它返回与路径pathname相对应的一个键值。

③int semget(key_t key, int nsems, int semflg)参数key就是一个键值,由ftok获得,唯一标识一个信号灯集,用法与msgget()中的key 相同;参数nsems指定打开或者新创建的信号灯集中将包含信号灯的数目;semflg参数就是一些标志位。

参数key与semflg的取值,以及何时打开已有信号灯集或者创建一个新的信号灯集与msgget()中的对应部分相同。

该调用返回与健值key相对应的信号灯集描述字。

调用返回:成功返回信号灯集描述字,否则返回-1。