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进程同步

2025-02-09 19:47:03   5  举报

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大纲/内容

⭐同步与互斥问题

程序的并发执行 

并发

间断性

共享

非封闭性

不确定性

不可再现性

竞争

竞争条件

临界资源

我们将一次仅允许一个进程访问的资源称为临界资源。

临界区

每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区

进程的同步与互斥

进程互斥

（间接制约关系）

进城同步

（直接制约关系）

临界区管理应满足的条件

没有进程在临界区时，想进入临界区的进程可进入

任何两个进程都不能同时进入临界区（MutualExclusion）；

当一个进程运行在它的临界区外面时，不能妨碍其他的进程进入临界区（Progress）；

任何一个进程进入临界区的要求应该在有限时间内得到满足（Bounded Waiting）。

⭐进程互斥的原则<br>

空闲让进

忙则等待

有限等待

让权等待

进程互斥的实现方法（了解）

基于忙等待的互斥方法

软件层面

单标志法

在进入区检查，不上锁

在退出区把临界区的使用权交给另一个进程

主要问题

不遵循空闲让进

双标志先检查

在进入区先检查后上锁，退出区解锁

主要问题

不遵循忙则等待

双标志后检查

进入区先检查后加锁，退出区解锁

主要问题

不遵循空闲让进

不遵循有限等待

可能导致进程饥饿

Peterson算法

在进入区“主动争取-主动谦让-检查对方是否想进、己方是否谦让”

主要问题

不遵循让权等待

会发生忙等

面包店算法

设置一个发号器，按由小到大的次序发放号码。

主要问题

忙式等待空耗CPU资源，其它进程无法使用，因而是低效的。

硬件层面

中断屏蔽

使用

关中断

访问临界区

开中断

优点

简单、高效

缺点

不适合多处理机

只适用于操作系统内核进程

TestAndSet（TS指令/TSL指令）

与CAS机制相同

Swap指令（XCHG指令）

与CAS机制相同

几个算法共性

忙等待

优先级反转

基于信号量的同步方法

同步实现的基本思路

信号量

引入

定义

二元信号量机制

一般信号量的结构

一般信号量的操作

物理意义（重要）

信号量机制的实现

信号量在并发中的典型应用

前驱关系

多进程同步原语：屏障Barriers

一种低级通信原语

进程同步/互斥类问题的求解

“信号量集”机制

AND型信号量集机制

一般“信号集”机制

pv操作优缺点

基于管程的同步与互斥

定义

一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据

组成

管程的名称

局部于管程内部的共享数据结构（变量）说明；

对该数据结构进行操作的一组互斥执行的过程；

对局部于管程内部的共享数据设置初始值的语句。

条件变量与信号量的区别

进程通信的主要方法

进程间的通信

无名管道

有名管道

消息传递

两个通信原语

主要问题

共享内存

存在意义

同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。

⭐经典进程同步问题

生产者与消费者问题

问题描述

两个隐含条件

消费者和生产者数量不固定

.消费者和生产者不能同时使用缓存区。

行为分析

行为关系

用pv操作解决生产者/消费者问题

读者-写者问题分析

引入

分析

读进程的行为

写进程的行为

确定同步与互斥关系

确定临界资源

信号量设置

基本框架

对读者有利的算法总结

深究读写问题

如何设计高效且公平算法

Solaries/”读写锁“

哲学家问题

定义

有5个哲学家，并且只有5只筷子在5个哲学家的中间

解决方法

先拿左边，再拿右边

可能导致死锁现象

每个哲学家拿到一个筷子，造成环路等待

先拿左边，再拿右边，并且只有4个哲学家在进程竞争

至少有一个哲学家是可以正常进餐的

偶数哲学家先拿左，奇数哲学家先拿右

拿左右筷子前后加PV操作，形成连贯的操作

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OS-2-3-进程同步

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