第5-6讲 进程同步(A)

同步问题 由于缓冲区是临界资源，所以生产者和消费者之间必须互斥的
访问临界资源
用信号量解题的关键
步骤： 信号量的设置；❖ 给信号量赋初值（常用的 互斥和同步信号量值的大小）； P、V操作安排的 位置（其中，P的顺序不能颠倒，V的顺序任意）
.
8
设：公用信号量 mutex 表示缓冲区的个数
初值为1
（消费者）私用信号量 full 表示有界缓冲区中非空单元数 初值为0
Pa
BUF1
BUF2 .…. BUFn
.
Pb
3
发送过程deposit (data)和接受过程remove (data)
Pa:deposit(data) begin local x
P(Bufempty) 按FIFO方式选择一个 空缓冲Buf(x); Buf(x)<--data Buf(x)置满标记 V(Buffull) end
产品仓库一个生产者一个消费者经典的进程同步问题生产者消费者问题是相互合作进程关系的一种抽象输入计算打印生产者消费者生产者消费者系统中使用资源的进程消费者系统中释放资源同类资源的进程生产者产品仓库一个生产者一个消费者生产者想发送数据时有界缓冲区中至少有一个单元是空的同步问题由于缓冲区是临界资源所以生产者和消费者之间必须互斥的访问临界资源用信号量解题的关键步骤
int readcount:=0;
.
15
cobegin
vord readeri(vord)(i=1,2,…k)
{
while(true){
p(rmutex)；
if readcount=0 then
p(wmutex);
readcount:=readcount+1;
v(rmutex);

优点：简单。 缺点：限制了处理机交叉执行程序的能力。 在多处理机情况下，这种方法不灵。因为当 一个计算机系统包含多个处理机时，任何时 候同时有多个进程在不同的处理机上运行。 这样关中断就不能保证在不同处理机上运行 的进程对临界区的互斥执行。

2. 使用测试和设置指令(test and set) 前提条件：为每个临界资源设置一个锁位 变量W，以指示资源当前的状态。 W=0，表示资源空闲可用；W=1，表示资源 被占用。系统初始化时，将W置为0。 test和set指令可定义如下： boolean testset(int w){ if(w==0){w=1;return TRUE;} else{ return FALSE;} }//一条机器指令，其执行不可被中断。
使用信号量的互斥：
const int n=/*进程数*/ int mutex=1; void Pro (int i){ wait(mutex); //申请资源 <critical section> signal(mutex); //释放资源 <remainder section> } void main(){ parbegin(Pro(1),Pro(2),… ,Pro(n));
1. 各并发进程对资源的共享 互斥关系：通过共享资源而使进程之间产 生的关系叫做间接制约关系，又叫做互斥 关系。可用“进程-资源-进程”来描述。 [例] 进程P1和P2在运行中都要使用打印机， 为了使各进程输出的完整性，打印机的使 用必须独占。一旦系统将打印机分配给进 程P1，那么进程P2必须等待，等待P1使用 完打印机并释放后，才能使用。
int s1,s2; s1=1;s2=0; void Pc( ){ /*计算进程*/ while(TRUE){ computer next number wait(s1); /* p(s1) */ add the number to buffer signal(s2); /* v(s2) */ … } }

操作系统进程同步与互斥在操作系统中，进程同步与互斥是非常重要的概念，它们对于保证系统的正确运行、提高资源利用率以及避免各种错误和冲突起着关键作用。

首先，咱们来聊聊什么是进程。

进程可以简单理解为正在运行的程序的实例。

比如说，你打开一个浏览器浏览网页，这时候就有一个浏览器进程在运行；你同时又打开一个文档编辑器写文章，那就又多了一个进程。

那进程同步又是什么呢？想象一下，有两个进程 A 和 B，它们需要合作完成一项任务。

进程 A 要完成某个操作后，进程 B 才能继续进行下一步操作。

这就需要一种机制来确保这种先后顺序，使得它们能够协调工作，这种机制就是进程同步。

举个例子，假设有一个打印任务。

进程 A 负责生成要打印的数据，进程 B 负责控制打印机进行打印。

进程 A 必须先把数据准备好，进程B 才能开始打印。

如果没有进程同步，进程 B 可能在数据还没准备好的时候就去打印，那结果肯定是一团糟。

再来说说进程互斥。

当多个进程都想要访问同一个资源，比如一个共享的变量或者一段代码，但是在同一时间只能有一个进程使用这个资源，这时候就需要进程互斥来保证资源的正确使用。

比如说，有一个银行账户，多个进程可能同时想要对这个账户进行操作，比如存钱或者取钱。

但在同一时刻，只能有一个进程来修改账户的余额，否则就会出现混乱，比如余额计算错误等问题。

为了实现进程同步和互斥，操作系统提供了一些常用的方法和机制。

信号量就是其中一种重要的工具。

信号量可以看作是一个计数器，它的值表示当前可以使用的资源数量。

进程通过对信号量进行操作来实现同步和互斥。

比如，P 操作会减少信号量的值，如果信号量的值小于 0 ，进程就会被阻塞；V 操作会增加信号量的值，如果有被阻塞的进程，就会唤醒其中一个。

还有管程，它把共享资源和对共享资源的操作封装在一起，进程只能通过管程提供的接口来访问共享资源，这样就保证了互斥访问。

另外，临界区也是常见的概念。

临界区是一段代码，在这段代码中进程访问共享资源。

二人合作存款
count=100;
PA S1:N=count; S2:N=N+100; S3:count=N; 执行情况：
（1） PA—> PB ,PB—> PA
（2） S1—> PB—>S2—>S3 （3） S4—> PA—>S5—>S6
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PB S4:M=count; S5:M=M+200; S6:count=M;
两种制约关系
直接相互制约关系（同步） 间接相互制约关系（互斥） 产生的原因 进程合作 资源共享
2019/1/10
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进程的同步（1）
直接相互制约关系（同步）
指系统中一些进程需要相互合作，共同完成一 项任务,这种协作进程之间相互等待对方消息或信 号的协调关系称为进程同步.具体说，并发进程在 一些关键点上可能需要互相等待与互通消息，进程 间的相互联系是有意识的安排的。
产生的原因
进程合作
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进程的同步（2）
一般同步问题有两类
保证一组合作进程按逻辑需要的执行次序执行
【例】司机 P1 售票员 P2 REPEAT REPEAT 启动 关门 正常运行 售票 到站停 开门 UNTIL FALSE UNTIL FALSE 保证共享缓冲区（共享数据）的合作进程的同步 【例】 输入 计算 打印
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P、V操作
P(S)：表示申请一个资源 。 V(S)：表示释放一个资源。 P、V操作必须成对出现，有一个P操作就一定 有一个V操作。
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整型信号量
一类资源
抽象成 S（信号量）