进程的同步与通信1

第九章进程的同步与通信

9.1 同步的基本概念

共享资源

相互制约

P：生产者

C：消费者

一、临界资源和临界区

临界资源

一段时间内只允许一段进程访问的资源

临界区

程序中涉及到临界资源的代码段

准则

(1) 空闲让进。当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区，以有效地利用临界资源。

(2) 忙则等待。当已有进程进入临界区时，表明临界资源正在被访问，因而其它试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。

(3) 有限等待。对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。

(4) 让权等待。当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入 “忙等”状态。

二、利用软件实现互斥

两个标志
一个指针

三、利用硬件实现互斥

加锁（互斥锁）

在对临界区进行管理时，可以将标志看做一个锁，“锁开”进入，“锁关”等待，初始时锁是打开的。每个要进入临界区的进程必须先对锁进行测试，当锁未开时，则必须等待，直至锁被打开。反之，当锁是打开的时候，则应立即把其锁上，以阻止其它进程进入临界区。显然，为防止多个进程同时测试到锁为打幵的情况，测试和关锁操作必须是连续的，不允许分开进行。

9.2 信号量机制

物理含义
正数	资源数量
负数	阻塞进程个数

一、整型信号量

把整型信号量定义为一个用于表示资源数目的整型量s,它与一般整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作(Atomic Operation) wait(S)和signal(S)来访问。很长时间以来，这两个操作一直被分别称为P、V操作。wait和signal操作可描述如下：

1 wait (S){
2 while (S<=^)); /*do no-op*/
3 　　S--；
4 }
5 signal(S)
6 {
7 　　S++;
8 }

wait(S)和signal(S)是两个原子操作，因此，它们在执行时是不可中断的。

二、记录型信号量

在整型信号量机制中的wait操作，只要是信号量S<=0,就会不断地测试。因此，该机制并未遵循“让权等待”的准则，而是使进程处于“忙等”的状态。记录型信号量机制则是一种不存在“忙等”现象的进程同步机制。但在采取了“让权等待”的策略后，又会出现多个进程等待访问同一临界资源的情况。为此，在信号量机制中，除了需要一个用于代表资源数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表指针list，用于链接上述的所有等待进程。记录型信号量是由于它采用了记录型的数据结构而得名的。

wait(S)
{
    S->value--;
    if(S->value<0)  block(s->list);
}
signal(S)
{
    S->value++;
    if(S->value<=0)  wakeup(S->list)；
}

一、信号量的应用

1.利用信号量实现进程互斥

（1）信号量初值为1；

（2）P（wait）V（signal）成对出现

（3）紧邻临界区

2.实现前趋图

9.3 经典同步问题

一、生产者（P）消费者（C）问题

条件	制约关系
全空	P不做C不能做
全满	C不做P不能做
同一	P，C互斥

int in=0,out=0;
item buffer[n];
int mutex=1,empty=n,full=0;
void proceducer(){
    do{
        producer an item nextp;
　　　　　...
　　　　　wait(empty);
　　　　　wait(mutex);
　　　　　buffer[in]=nextp;
　　　　　in=(in+1)%n;
　　　　　signal(mutex);
　　　　　signal(empty);
　　}while(ture)
}
void customer(){
　　do{
　　　　wait(full);
　　　　wait(mutex);
　　　　nextc=buffer[out];
　　　　out=(out+1)%n;
　　　　signal(mutex);
　　　　signal(empty);
　　　　customer the item in nextc;
　　　　...
　　}while(ture)
}
void main(){
　　cobegin
　　　　proceducer();consumer();
}

在生产者-消费者问题中应注意：首先，在每个程序中用于实现互斥的wait(mu tex)和 signal(mutex)必须成对地出现；其次，对资源信号量empty和full的wait和signal操作，同样需要成对地出现，但它们分别处于不同的程序中。例如，wait( empty)在计算进程中，而 signal( empty)则在打印进程中，计算进程若因执行wait( empty)而阻塞，则以后将由打印进程将它唤醒；最后，在每个程序中的多个 wait操作顺序不能颠倒。应先执行对资源信号量的wait操作，然后再执行对互斥信号量的wait操作，否则可能引起进程死锁。