计算机操作系统进程同步(信号量pv专题)

2024-01-09 03:04

本文主要是介绍计算机操作系统进程同步(信号量pv专题),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

  • 一 基本概念
    • 1.1 多道程序中的制约关系
    • 1.2 临界资源(Critical Resouce)
    • 1.3 三区:进入区、临界区、退出区
  • 二 同步机制应遵循的原则
  • 三 信号量机制类型
    • 3.1 整型信号量
    • 3.2 记录型信号量
    • 3.3 AND型信号量
    • 3.4 信号量集
  • 四 信号量的应用
    • 4.1 信号量实现进程互斥
    • 4.2 信号量实现前趋关系 (同步关系)
    • 4.3 信号量控制使用资源进程数量(资源管控)

一 基本概念

1.1 多道程序中的制约关系

  • 间接制约关系(进程互斥):源于资源共享。如,共享打印机
  • 直接制约关系(进程同步):源于进程间的合作。如,输入进程和计算进程

下列活动分别属于哪种制约关系?
(I)使用共享单车;(2)打篮球;
(3)流水线生产的各道工序;(4)商品生产和社会消费
1、2为间接制约关系3、4为直接制约关系

1.2 临界资源(Critical Resouce)

  • 在一段时间内只允许一个进程访问的资源,即仅当一个进程访问完并释放该资源后,才允许另一个进程访问的资源。如打印机、 磁带机、共享变量等,都属于临界资源,诸进程间应采取互斥方式,实现对这种资源的共享。

1.3 三区:进入区、临界区、退出区

  • 进入区:在临界区前用于检查临界区是否被访问的标志的代码
  • 退出区:将临界区正被访问的标志恢复为未被访问的标志
  • 临界区:进程中访问临界资源的那段代码
    在这里插入图片描述
  • 若能保证诸进程互斥地进入自己的临界区,便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。
  • 每个进程在进入临界区之前,应先对欲访问的临界资源进行检查,看是否正被访问,如果此刻该资源未被访问,便可进入临界区对该临界资源进行访问,并设置它正被访问的标志;如果此刻它正被访问,则本进程不能进入临界区。

二 同步机制应遵循的原则

  1. 空闲让进:当无进程处于临界区时,允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区,以便有效地利用临界资源。
  2. 忙则等待:已有进程进入临界区时,其他试图进入临界区的进程必须等待,以保证对临界资源的互斥访问。
  3. 有限等待:对要求访问临界资源的进程,应保证在有限的时间内能进入自己的临界区,以免陷入“死锁”状态
  4. 让权等待:当进程不能进入自己的临界区时,应立即释放处理机,以免进程陷入“忙等”

三 信号量机制类型

  • 信号量(Semaphores)机制是一种卓有成效的进程同步工具
  • (信号量)是一种只能进行P操作和V操作的特殊变量
  • 对于两个并发进程,设互斥信号量为mutex,若mutex=0,则(表示有一个进程进入临界区)
  • 操作系统中,对信号量S的P原语操作定义中,使进程进入相应等待队列等待的条件是(S<0)

3.1 整型信号量

  • 最初由Dijkstra把整型信号量定义为一个用于表示资源数目的整型量S,它与一般整型量不同,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,这两个操作一般称为P、V操作。
  • wait(s)和signal(s)是两个原子操作,在执行时是不可中断的。即,当一个进程在修改某信号量时,没有其他进程可以同时对该信号量进行修改
    wait(S){while(S<=0);S=S--;
    }
    signal(S){S=S++;
    }
    

  • 整型信号量的应用
    int s =1;
    Printer(){wait(s);print the document on the paper;signal(s);
    }
    

3.2 记录型信号量

  • 在信号量机制中,除了用于代表资源数目的整型变量value外,还应增加一个进程链表指针list,用于链接上述的所有等待进程。
  • 整型信号量机制中的wait操作,只要是信号量S≤O,就会不断地测试。因此,该机制并未遵循“让权等待”的准则,而是使进程处于“忙等”的状态。
  • **记录型信号量机制则是一种不存在“忙等”现象的进程同步机制.**采取“让权等待”的策略后,又会出现多个进程等待访问同一临界资源的情况。
    在这里插入图片描述
typedef struct
{int value ;struct process_control _block
}semaphore ;
  • S->value的绝对值表示在该信号量链表中已阻塞进程的数目
  • 如果S->value的初值为1,表示只允许一个进程访问临界资源,此时的信号量转化为互斥信号了,用于进程互斥

3.3 AND型信号量

  • 思想:将进程在整个运行过程中需要的所有资源,采取原子操作方式:要么全部分配给进程,要么一个也不分配
  • 解决:一个进程需要获得两个以上的资源需求
  • 为此,在wait操作中增加了一个“AND”条件,故称为AND同步,或称为同时wait操作,即Swait(simultaneouswait)
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

3.4 信号量集

  • 在记录型信号量机制中,wait(S)或signal(S)操作仅能对信号量施以加1或减1操作,每次只能对某类临界资源进行一个单位的申请或释放。当一次需要N个单位时,便要进行N次wait(S)操作,这显然是低效的,甚至会增加死锁的概率。
  • 对AND信号量机制加以改进,对进程所申请的所有资源以及每类资源不同的资源需求量,在一次P、V原语操作中完成申请或释放
    1. 进程对信号量Si的测试值不再是1,而是该资源的分配下限值ti,即要求Si≥ti,否则不予分配。
    2. 一旦允许分配,进程对该资源的需求值为di,即表示资源进行Si=Si-di操作,而不是简单的Si=Si-1操作
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述

  • 特殊情况
    • wait(S,d,d):信号量集中只有一个信号量S,但允许它每次申请d个资源,当现有资源小于d时,不予分配
    • wait(S,1,1):等同于一般的记录型信号量(S>1)或互斥信号量(S=1)
    • wait(S,1,0):当S≥1时,允许多个进程进入某特定区;当S变为0后,阻止所有进程进入临界区。其功能类似于可控开关。

四 信号量的应用

4.1 信号量实现进程互斥

  • 为临界资源设置一个互斥信号量mutex,其初值为1
  • 各进程访问该资源的临界区置于wait(mutex)和signal(mutex)之间即可
    • wait(mutex)进入区
    • signal (mutex)退出区
  • mutex的取值为(-1,0,1):
    1. mutex=1:两个进程都未进入临界区;
    2. mutex=0:有一个进程进入临界区运行,另一个如需运行,必须等待,挂入阻塞队列;
    3. mutex=-1:有一个进程正在临界区运行,另一个进程因等待而阻塞在信号量队列中,需要被当前已在临界区运行的进程在退出时唤醒

在这里插入图片描述

  • 缺少signal(mutex)将会使临界资源永远不被释放,从而使因等待该资源而阻塞的进程不能被唤醒
  • wait(mutex)和signal(mutex)必须成对出现。缺少wait(mutex)将会导致系统混乱,不能保证对临界资源的互斥访问

栗子

  • 某交通路口设置了一个自动计数系统,该系统由“观察者”进程和“报告者”进程组成。观察者进程能识别卡车,并对通过的卡车计数;报告者进程定时将观察者的计数值打印输出,每次打印后把计数值清“0”。两个进程的并发执行可完成对每小时中卡车流量的统计。

第1步:搞清楚谁是临界资源计数值count
第2步:搞清楚哪些是临界区访问count的语句,包括累加、打印和清零

在这里插入图片描述

4.2 信号量实现前趋关系 (同步关系)

  • 设有两个并发执行的进程P1和P2。P1中有语句S1;P2中有语句S2
  • 使进程P1和P2共享一个公用信号量S,并赋予其初值为0,将signal(S)操作放在语句A后面,而在B语句前面插入wait(S)操作,即在进程P1中,用A→ signal(S)的顺序执行;在进程P2中,用wait(S)→B的顺序执行。由于S被初始化为0,若P2先执行必定阻塞,只有在进程P1执行完A和signal(S)操作后使S增为1时,P2进程方能成功执行语句B
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

4.3 信号量控制使用资源进程数量(资源管控)

  • 系统中有5台打印机可以使用,请使用进程同步机制使得最多可以有5个进程可以同时使用打印机,多于5个进程使用时,要对新申请进程进行阻塞。
    struct semaphore S;
    S.value=5 ;
    Printer{wait(S);print the document on the paper;signal(S);
    }
    

这篇关于计算机操作系统进程同步(信号量pv专题)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/585733

相关文章

无法启动此程序因为计算机丢失api-ms-win-core-path-l1-1-0.dll修复方案

《无法启动此程序因为计算机丢失api-ms-win-core-path-l1-1-0.dll修复方案》:本文主要介绍了无法启动此程序,详细内容请阅读本文,希望能对你有所帮助... 在计算机使用过程中,我们经常会遇到一些错误提示,其中之一就是"api-ms-win-core-path-l1-1-0.dll丢失

高效管理你的Linux系统: Debian操作系统常用命令指南

《高效管理你的Linux系统:Debian操作系统常用命令指南》在Debian操作系统中,了解和掌握常用命令对于提高工作效率和系统管理至关重要,本文将详细介绍Debian的常用命令,帮助读者更好地使... Debian是一个流行的linux发行版,它以其稳定性、强大的软件包管理和丰富的社区资源而闻名。在使用

龙蜥操作系统Anolis OS-23.x安装配置图解教程(保姆级)

《龙蜥操作系统AnolisOS-23.x安装配置图解教程(保姆级)》:本文主要介绍了安装和配置AnolisOS23.2系统,包括分区、软件选择、设置root密码、网络配置、主机名设置和禁用SELinux的步骤,详细内容请阅读本文,希望能对你有所帮助... ‌AnolisOS‌是由阿里云推出的开源操作系统,旨

五大特性引领创新! 深度操作系统 deepin 25 Preview预览版发布

《五大特性引领创新!深度操作系统deepin25Preview预览版发布》今日,深度操作系统正式推出deepin25Preview版本,该版本集成了五大核心特性:磐石系统、全新DDE、Tr... 深度操作系统今日发布了 deepin 25 Preview,新版本囊括五大特性:磐石系统、全新 DDE、Tree

如何测试计算机的内存是否存在问题? 判断电脑内存故障的多种方法

《如何测试计算机的内存是否存在问题?判断电脑内存故障的多种方法》内存是电脑中非常重要的组件之一,如果内存出现故障,可能会导致电脑出现各种问题,如蓝屏、死机、程序崩溃等,如何判断内存是否出现故障呢?下... 如果你的电脑是崩溃、冻结还是不稳定,那么它的内存可能有问题。要进行检查,你可以使用Windows 11

【专题】2024飞行汽车技术全景报告合集PDF分享(附原数据表)

原文链接: https://tecdat.cn/?p=37628 6月16日,小鹏汇天旅航者X2在北京大兴国际机场临空经济区完成首飞,这也是小鹏汇天的产品在京津冀地区进行的首次飞行。小鹏汇天方面还表示,公司准备量产,并计划今年四季度开启预售小鹏汇天分体式飞行汽车,探索分体式飞行汽车城际通勤。阅读原文,获取专题报告合集全文,解锁文末271份飞行汽车相关行业研究报告。 据悉,业内人士对飞行汽车行业

计算机毕业设计 大学志愿填报系统 Java+SpringBoot+Vue 前后端分离 文档报告 代码讲解 安装调试

🍊作者:计算机编程-吉哥 🍊简介:专业从事JavaWeb程序开发,微信小程序开发,定制化项目、 源码、代码讲解、文档撰写、ppt制作。做自己喜欢的事,生活就是快乐的。 🍊心愿:点赞 👍 收藏 ⭐评论 📝 🍅 文末获取源码联系 👇🏻 精彩专栏推荐订阅 👇🏻 不然下次找不到哟~Java毕业设计项目~热门选题推荐《1000套》 目录 1.技术选型 2.开发工具 3.功能

Linux操作系统 初识

在认识操作系统之前,我们首先来了解一下计算机的发展: 计算机的发展 世界上第一台计算机名叫埃尼阿克,诞生在1945年2月14日,用于军事用途。 后来因为计算机的优势和潜力巨大,计算机开始飞速发展,并产生了一个当时一直有效的定律:摩尔定律--当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。 那么相应的,计算机就会变得越来越快,越来越小型化。

音视频入门基础:WAV专题(10)——FFmpeg源码中计算WAV音频文件每个packet的pts、dts的实现

一、引言 从文章《音视频入门基础:WAV专题(6)——通过FFprobe显示WAV音频文件每个数据包的信息》中我们可以知道,通过FFprobe命令可以打印WAV音频文件每个packet(也称为数据包或多媒体包)的信息,这些信息包含该packet的pts、dts: 打印出来的“pts”实际是AVPacket结构体中的成员变量pts,是以AVStream->time_base为单位的显

计算机视觉工程师所需的基本技能

一、编程技能 熟练掌握编程语言 Python:在计算机视觉领域广泛应用,有丰富的库如 OpenCV、TensorFlow、PyTorch 等,方便进行算法实现和模型开发。 C++:运行效率高,适用于对性能要求严格的计算机视觉应用。 数据结构与算法 掌握常见的数据结构(如数组、链表、栈、队列、树、图等)和算法(如排序、搜索、动态规划等),能够优化代码性能,提高算法效率。 二、数学基础