互斥与并发(3)—管程

妖狐艹你老母 2022-03-15 03:54 240阅读 0赞

#### 1.管程（Monitor） ####

用信号量设计一个正确的程序是很困难的，难点是semWait和semSignal操作可能分布在整个程序中，但是很难看出这些在信号量上的操作所产生的整体效果。但是管程确易于设计。

管程是由一个或多个过程、一个初始化序列和局部数据组成的软件模块，其主要特点如下：

1）  局部数据变量只能被管程的过程访问，任何外部过程都不能访问（封装，因为管程就是一个对象）。

2）  一个进程通过调用管程的一个过程进入管程。

3）  任何时候，只能有一个进程在管程中执行，调用管程的任何其他进程都被阻塞，以等待管程可用(通过这一点就实现了互斥，管程天生实现互斥)。

管程通过使用条件变量提供对同步的支持，这些条件变量包含在管程中，并且只有在管程中才能被访问。有两个函数可以操作条件变量：

（在信号量的运用中，互斥是由信号量来实现的，各种条件也是有信号量来实现，所以信号量比较复杂，设计难度大，管程这两者分开考虑。）

cwait(c):调用进程的执行在条件c上挂起，管程现在可以被另一个进程使用。

csignal(c):恢复执行在cwait之后因为某些条件而挂起的进程。如果有多个这样的进程选择其中一个；如果没有这样的进程，什么也不做。

注意管程的wait和signal操作与信号量不同。如果在管程中的一个进程发信号，但没有这个条件变量上等待的任务，则丢弃这个信号。

#### 2.管程结构 ####

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3.管程例子代码

下面给出一段用管程解决生产者/消费者问题的代码：

/* program producerconsumer */
    monitor boundedbuffer;                           
    char buffer [N]; 					/*N个元素大小的缓冲区*/
    int nextin, nextout; 				/*缓冲区指针*/
    int count; 						/*缓冲区中可用元素个数*/
    cond notfull, notempty;             /*条件变量*/
    void append (char x)
    {
    if (count == N) cwait(notfull);       /*缓冲区满，禁止写入，防止溢出*/
    buffer[nextin] = x;
    nextin = (nextin + 1) % N;
    count++;							/*多了一个数据*/
    csignal (nonempty);				/*通知消费者，缓冲区不空，可能有消费者阻塞*/
    }
    void take (char x)
    {
    if (count == 0) cwait(notempty); 	/*缓冲区空，禁止取数据，防止溢出*/
    x = buffer[nextout];
    nextout = (nextout + 1) % N);
    count--;							 /*数据项少了一项*/
    csignal (notfull); 					 /*通知生产者，缓冲区不满，可能有生产者阻塞*/
    }
    {                                /*管程体*/
    nextin = 0; nextout = 0; count = 0; 	 /*缓冲区初始化为空*/
    }
    void producer()
    {
    char x;
    while (true) {
    produce(x);
    append(x);
    }
    }
    void consumer()
    {
    char x;
    while (true) {
    take(x);
    consume(x);
    }
    }
    void main()
    {
    parbegin (producer, consumer);
    }

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