2.19管程

偏执的太偏执、 2023-07-22 11:26 60阅读 0赞

# 一，为什么要引入管程 #

为了实现进程的同步，互斥操作。我们引入了信号量机制。但信号量机制存在问题：我们编写程序困难，容易出错

于是**为了方便实现进程的同步，互斥**操作提出了管程

# 二，管程的定义和基本特征 #

### 1，管程的定义 ###

回想进程同步，互斥过程：

1）有多个进程需要对临界资源这种共享资源的访问，

2）并且有P，V操作对其上锁解锁，

3）我们还需要对临界资源的值，互斥信号量进行初始化赋值

为了方便操作我们提出了**管程，它是一种软件模块，所以它需要由一下部分组成：**

1）局部于管程的共享数据结构说明

2）对数据结构进行操作的一组过程（函数）

3）对局部于管程的数据结构初始化的语句

4）管程的名字

### **2，管程的基本特征** ###

1）局部于管程的数据只能被局部于管程的过程所访问

2）一个进程只有通过调用管程内的过程才能进入管程访问数据

3）每次只允许一个进程在管程内执行每个内部过程

三，用管程解决生产者消费者问题

//管程
    monitor ProducerConsumer
        condition full,empty;//条件变量用来实现同步（排队）
        int count=0;//缓冲区中的产品数
        void insert(Item item){//把产品item放入缓冲区
            if(count==N)
                wait(full);//缓冲区满了，自动堵塞
            count++;
            inset_item(item);
            if(count==1)//如果这个产品放入缓冲区后，共有一个产品，则可能有消费者进程在等待
            signal(empty)//唤醒empty队列的队头消费者进程
        }
        Item remove(){
            if(count==0)//说明缓冲区中无产品
                wait(empty);//消费者进程自动堵塞，进入empty队列等候
            count--;
            if(count==N-1)//缓冲区有空闲了
            signal(full);//唤醒full队列中的生产者进程
        }
        end monitor;
    
    //生产者进程
    Producer(){
        while(1){
            item=生产的产品;
            ProducerConsumer.insert(item);
        }
    }
    
    //消费者进程
    Producer(){
        while(1){
            ProducerConsumer.remove();
            消费产品item;
        }
    }

由于每次只允许一个进程在管程内执行每个内部过程，所以由编译器负责实现各个进程互斥的进入管程的过程

**总而言之，引入管程无非就是更方便地实现进程互斥和同步。**

**1）需要在管程中定义共享数据（如生产者消费者进程中的缓冲区）**

**2）需要在管程中定义用于访问这些数据的入口——其实就是一些函数（如生产者消费者进程中，可以定义一个函数将产品放入缓冲区，在定义一个函数将产品从缓冲区取出）**

**3）只有通过这些特定的入口才能访问数据**

**4）管程中有很多入口（函数），但是每次只能开放一个入口（函数），并且只让一个进程进入，这样就实现了进程的互斥。这种特性由编译器实现程序员不需要关心**

**5）可以在管程中设置条件变量和等待/唤醒操作来解决同步问题。可以让一个进程或者线程在条件变量上等待（此时，该进程应该释放管程的使用权，也就是让出函数入口）；可以通过唤醒操作将等待在变量上的进程或线程唤醒**

四，java中类似于管程的机制

java中，如果使用关键字synchronize来描述一个函数，那么这个函数同一时间只能被一个进程调用

static class monitor{
        private Iteam buffer[] = new Item[N];
        private int count=0;
        
        public synchronize void insert(Item item){
            .......
        }
    }

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDg0MTMxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDg0MTMxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230528/fabcbec1d5d64e119e986cd287cc10da.png