操作系统（三）

不念不忘少年蓝@ 2023-08-17 15:36 100阅读 0赞

### 操作系统（三） ###

*  进程同步
 *  同步进制
 *  管程机制
 *  进程通信

# 进程同步 #

1.  两种形式的制约关系  
    （1) 间接相互制约关系（访问临界资源）  
    （2) 直接相互制约关系（一个进程等待其它进程的结果）
2.  临界资源(Critical Resouce)　在一段时间内只允许一个进程访问的资源成为临界资源或独占资源。例如打印机、栈、变量等。
3.  互斥共享方式  
    在一段时间内，只允许一个进程访问某个资源，仅当当前进程访问完毕并释放该资源后，才允许另外一个进程对其访问，这种资源共享方式成为互斥式共享。
4.  临界区(critical section)  
    不论是硬件临界资源还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。人们把在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(critical section)。

# 同步进制 #

1.  同步机制应遵循的原则  
    (1) **空闲让进**  
    (2) **忙则等待**  
    (3) **有限等待**：保证有限时间内能进入临界区，避免死等。  
    (4) **让权等待**：进程不能进入临界区时，应立即放弃处理器，避免忙等。
2.  硬件同步机制  
    （1）关中断  
    （2）Test-and-Set指令

bool TS(bool *lock){ 
       bool old;
       old = *lock;
       *lock = true;
       return old;
    }
    　do{ 
        ……
        while TS(&lock);
        critical section;
        lock = false;
        remainder section;
        }while(true)；

(3) Swap指令

void swap(bool *a,bool *b)
    { 
          bool temp;
          temp = *a;
          *a = *b;
          *b = temp;
    } 
    　do{ 
            key = true;
            do{ 
               swap(&lock, &key);
             }while(key != false);
           critical section;
           lock = false;
           ……
    }

1.  信号量(Semaphores)机制  
    (1) 整型信号量

wait(S)//p操作
    { 
          while (S <= 0);
          S--;
    }
    signal(S)//v操作
    { 
         S++;
    }

（2）记录型信号量

typedef struct{ 
        int value;
        struct process_control_block   *list;
    }semaphore;
    
    wait(semaphore *S)
    { 
           S->value--;
           if(S->value < 0){ 
             add this process to S->list;
              block(S->list);
             }
    }
    
    signal(semaphore *S)
    { 
           S->value++;
           if(S->value < =0){ 
               remove a process P from S->list;
               wakeup(P);
          }
    }

（3） AND型信号量

Swait(S1,S2,……,S3)
    { 
          while(true)
           { 
                 if(S1>=1 && …… && Si>=1 && …… && Sn>=1)
                  { 
                       S1--; ……; Si--; ……; Sn--;
                        break;
                   }
                  else
                  { 
                        把进程插入缺少的第一个资源的等待队列，把本进程的IP置于Swait开始处
                   }
             }
    }
    Ssignal(S1,S2,……,S3)
    { 
          while(true)
           { 
                   S1++; ……; Si++; ……; Sn++;
                  把S1, ……,Sn等待队列中的进程一次性移入就绪队列
           }
    }

1.  信号量的应用  
    （1） 利用信号量实现进程互斥

semaphore mutex = 1;
    PA(){ 
     while(true)
    { 
        wait(mutex);
        临界区;
        signal(mutex);
        剩余区;
    }
    }
    PB(){ 
     while(true)
    { 
        wait(mutex);
        临界区;
        signal(mutex);
        剩余区;
    }
    }

# 管程机制 #

1.  管程的定义  
    代表共享资源的数据结构、对该数据结构实施操作的一组过程所组成的资源管理程序共同构成了一个操作系统的资源管理模块，称之为管程。　　  
    管程由四部分组成：  
    ① 管程的名称；  
    ② 局部于管程的共享数据结构说明；  
    ③ 对该数据结构进行操作的一组过程；  
    ④ 对局部于管程的共享数据设置初始值的语句。
2.  条件变量  
    在利用管程实现进程同步时，必须设置同步工具，如两个同步操作原语wait和signal。当某进程通过管程请求获得临界资源而未能满足时，管程便调用wait原语使该进程等待，并将其排在等待队列上。仅当另一进程访问完成并释放该资源之后，管程才又调用signal原语，唤醒等待队列中的队首进程

# 进程通信 #

1.  共享存储器系统(Shared-Memory System)  
    (1) 基于共享数据结构的通信方式。  
    (2) 基于共享存储区的通信方式。
2.  管道(pipe)通信系统
3.  消息传递系统(Message passing system)
4.  客户机-服务器系统(Client-Server system)  
    (1) 套接字(Socket)  
    (2) 远程过程调用和远程方法调用