进程的同步与通信
进程间的联系
- 资源共享关系
- 相互合作关系
临界资源的含义
采取互斥的方式,实现共享的资源 ，一次只能供一个进程使用
临界资源典型案例
临界区的含义
每个进程中访问临界资源那段程序称为临界区
同步机制遵循原则
为了实现进程互斥，设置同步机制来协调诸进程，但进程必须遵循下述4条准则：
- 空闲让进
- 忙则等待
- 有限等待
- 让权等待
信号量机制
记录型信号量机制
信号量除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作
wait(s)和signal(s)来访问，也称为P、V操作，这是两个原子操作
P、V操作——执行时不可中断的，同时也是互斥的
P–wait(s)
V–signal(s)
相应的，wait(s)和signal(s)操作可描述如下：
void wait(static semaphore s)//申请资源
{
s.value--;//表示资源数目
if(s.value<0)
block(s,L);//自我阻塞
}
void signal(static semaphore s)//释放资源
{
s.value++;
if(s.value<=0)
wakeup(s,L);//唤醒进程访问临界资源
}
注意：wait()和signal()必须成对出现
缺少wait()导致系统混乱，不能保证对临界资源的互斥访问
缺少signal()将会使临界资源永远不被释放，导致等待该资源的进程不被唤醒
实例
看图写代码
main(){
semaphore a=b=c=d=e=f=g=0;
cobegin{
{T1;signal(a);signal(b);}//T1用完后，释放资源，空闲资源供T2,T3可用
{wait(a);T2;signal(c);signal(d);}//T2申请资源a，T2用完后，释放资源，空闲资源T4,T5可用
{wait(b);T3;signal(e);}//T3申请资源b,T3用完后，释放资源e
{wait(c);T4;signal(f);}//T4申请资源c,T4用完后，释放资源f
{wait(d);T5;signal(g);}//T5申请资源d,T5用完后，释放资源g
{wait(e);wait(f);wait(g);T6;}//T6使用资源必须在e,f,g都释放之后才可以使用
}
}
生产者消费者问题
英文普及
生产者——Producer
消费者——Consumer
代码分析
semaphore mutex=1,empty=n,full=0;
item buffer[n];
int in=out=0;
void producer(int i)
{
while(1)
{
···
produce an item in nextp;
···
wait(empty);//申请放，请求空的区域，看是否能放
wait(mutex);//看进程是否可申请到临界资源
buffer[in]=nextp;
in=(in+1) mod n;
signal(mutex);//释放临界资源
signal(full);//放操作
}
}
void consumer(int j)
{
while(1)
{
···
produce an item in nextp;
···
wait(full);//申请取，请求满的区域，看是否能取
wait(mutex);//看进程是否可申请到临界资源
nextc=buffer[out];
out=(out+1) mod n;
signal(mutex);//释放临界资源
signal(empty);//取操作
}
}
生产者-消费者问题中应注意以下几点
- wait(mutex)和signal(mutex)必须
成对出现- 对资源信号量empty和full的wait和signal操作，同样需要
成对出现- 先执行对资源信号量的wait操作，在执行对互斥信号量的wait操作，否则可能引起死锁
若缓冲池全空，消费者无法取，若全满，生产者无法放
死锁定义
多个进程在执行过程中，因争夺被另一个进程占有且永远不会释放的资源的现象称为
死锁
死锁的例子
产生死锁的原因
- 竞争资源
- 竞争可剥夺性资源
- 进程优先权竞争处理机
- 竞争非剥夺性资源
- 进程资源环形链——
I/O设备共享时的死锁情况- 竞争临时性资源
- 进程推进顺序不当
环路等待情况(竞争非剥夺性资源)
R1分配给P1，R2分配给了P2
P1请求着R2，P2请求着R1(
而R1在P1手里，未释放，R2在P2手里，未释放)
因此形成一种环形链，进入死锁状态
产生死锁的必要条件
- 互斥条件
- 请求和保持条件
- 不剥夺条件
- 环路等待条件
解决死锁的基本方法
- 预防死锁
- 避免死锁
- 银行家算法
- 监测死锁
- 解除死锁
银行家算法
具有代表性的
避免死锁的算法是Dijkstra的银行家算法
