初学操作系统之进程同步

小咪咪 2024-04-19 10:01 1阅读 0赞

**进程同步**：同步亦称直接制约关系，它是指未完成某种任务而建立的两个或者多个进程，这些进程因为需要在某些位置上协调他们的工作次序而产生的制约关系。进程间的直接制约关系就是源于他们之间相互合作。  
**进程互斥的软件实现方法**：**单标志法、双标志先检查、双标志后检查、Peterson算法**。  
**单标志法**：两个进程在访问完临界区后会把使用临界区的权限转交给另一个进程，也就是说每个进程进入临界区的额权限只能被另一个进程赋予。该算法可以实现**同一时刻最多只允许一个进程访问临界区**。缺点是**违背”空闲让进“原则**。  
**双标志先检查法**：设置一个**布尔型数组**，数组中各个元素用来标记进程想进入临界区的意愿。每个进程在进入临界区之前先检查所有的别的进程是否想进入临界区，如果没有，就修改自身对应的标志，然后开始访问临界区。缺点是**违反”忙则等待“原则**，因为进入区的”检查“和”上锁“两个处理不是一气呵成的，在这两个操作之间有可能发生进程切换。  
**双标志后检查法**：相比于上一个算法，本算法使用先上锁再检查的机制来避免上述问题。解决了“忙着等待”的问题，但是违背了“空闲让进”、“有限等待”的原则，有些进程会因为长期无法访问临界资源而产生“饥饿”现象。  
**Peterson算法**：在双方争着想进入临界区的时候，那么主动让对方先使用临界区。该算法遵循了空闲让进、忙则等待、有限等待三个原则，但是未遵循让权等待的原则。  
**进程互斥的硬件实现方法**：**中断屏蔽方法、TestAndSet(TS指令\\TSL指令)、Swap(XCHG指令)。**  
**中断屏蔽方法**：**类似于原语的实现**，他利用的也是开关中断来实现。优点是简单、高效；缺点是不适合多处理机，只适用于操作系统内核进程，不适用于用户进程（因为他只能运行在内核态）。  
**TestAndSet指令**：指是**用硬件实现的**，执行过程中不允许被中断。优点是实现简单，无需像软件那样检查是否存在逻辑漏洞，**适用于多处理机环境**；缺点是不满足“让权等待”原则，暂时不能进入临界区的进程会一直占用CPU并执行TSL指令，从而导致“忙等”。  
**Swap(XCHG指令)指令**：是用硬件实现的，执行过程不允许被中断，只能一气呵成。优点是实现简单，无需像软件那样检查是否存在逻辑漏洞，**适用于多处理机环境**；缺点是不满足“让权等待”原则，暂时不能进入临界区的进程会一直占用CPU并执行TSL指令，从而导致“忙等”。  
**信号量机制**：分为**整形信号量、记录型信号量**。信号量**就是一个变量**，可以**用一个信号量来表示系统中某种资源的数量**。这里存在wait(s)原语和signal(s)原语（**对应于系统资源的申请和释放**）。使用的时候我们将信号量作为参数进行传入。**常把这两个原语简称为P、V操作**。  
**整形信号量**：就是用一个整数来表示系统中某种资源的数量。但是这种变量我们**只能对其进行初始化、P操作、V操作**，不能进行其他的操作。  
**记录型信号量**：用记录型数据结构表示的信号量。