《操作系统 国家精品课程配套教材 教学课件 ppt 罗宇 文艳军 4.1并发执行问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统 国家精品课程配套教材 教学课件 ppt 罗宇 文艳军 4.1并发执行问题（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七讲 并发执行问题,目的与要求：了解并发程序的同步与互斥问题，及上述问题的硬件解决方法。 重点与难点：并发程序中的同步与互斥与硬件解决方法。 作业：例举两个现实生活中需要同步与互斥的例子。,第四章 并发控制 并发的需求,操作系统利用进程或线程支持用户态程序并发执行。 用户程序设计要利用进程或线程，尽量安排并行事务在不同进程或线程中并发执行。 操作系统核心程序也要尽可能地并发运行,4.1 并发编程,计算任务存在并行成分,S1和S2两个子任务可并发执行,S1,S3,S2,并发编程有三种方法： 程序员写顺序程序，用识别工具识别可并行成分后组织使用操作系统的并发机制。 由程序员识别可并行成分，用并发
2、程序设计语言设计并发程序，由编译系统安排使用进程或线程并发； 或直接利用操作系统的系统调用/高级并发程序库设计并发程序。,与进程相关的系统调用,Unix操作系统利用进程（或线程）支持并发执行 它提供了如下系统调用： fork（）：创建一个新进程。该系统调用执行完成后，系统已创建了一个子进程，该子进程继承了父进程的程序空间，复制了父进程的数据段和栈段。也就是说不管是父进程还是子进程，在占有处理机后，都从fork（）调用的返回点开始运行，而父进程fork（）调用的返回值是子进程的进程标识pid；子进程fork（）调用的返回值是0。,exit（status）：进程结束。该系统调用发出后，操作系统将从
3、系统中删除调用exit的进程，并将status值传给等待它结束的父进程。 wait（&status）：等待子进程结束。当有多个子进程时，任一个子进程结束即将控制返回调用者，并将子进程调用exit（status）时的status值送到&status指针所指单元中。在控制返回调用者时，同时将所等到的子进程pid作为wait（）系统调用函数的返回值。 waitpid（pid，）：等待pid所指定的进程结束。,4.2 进程的互斥与同步,同步关系（亦称直接制约关系） 指完成同一任务的伙伴进程间，因需要在某些位置上协调它们的工作而相互等待、相互交换信息所产生的制约关系。 互斥关系（亦称间接制约关系） 即进
4、程间因相互竞争使用独占型资源（互斥资源）所产生的制约关系。,4.2.1 同步与临界段问题,例1：同步问题。如果进程P1执行S1，S3 进程P2执行S2，则P1在执行S3之前必须等待P2执行完S2。,S1,S3,S2,例2： P1、P2两进程使用同一打印机。如果不互斥使用会交叉输出,Entry code,exit code,使用打印机,P1,Entry code,exit code,使用打印机,P2,Parbegin A(amount) R1=count; R2=amount; R1=R1+R2; count=R1; ; B(amount) R1=count; R2=amount; R1=R1-
5、R2; count=R1; ; Parend;,例3: 对共享变量count的互斥访问,例4：有限缓冲区的生产者/消费者问题（生产者和消费者共享一个产品缓冲链）,共享N个缓冲区,P1 P2 Pm C1 C2 Cn,typedef struct item； / 消息类型 typedef struct struct buffer *next; struct item inst； buffer； / 缓冲类型 struct buffer *P，*C，*First; struct item nextp，nextc; First= nil;,数据结构,new(P); #获得一空缓冲区 P.inst=ne
6、xtp; P.next=First; First=P; while(1); ;,Parbegin Producer() do produce an item in nextp; ., consume the item in nextc; while(1); ; Parend;,Consumer() do while (first=nil) ; #空循环等 C=First; first=first.next; nextc=C.inst; dispose(C); #释放缓冲区,T0：consumer C= First T1：producer P.next= First T2：producer Fi
7、rst= P T3：consumer First= First.next 则会发生生产者加入队列的缓冲区丢失,临界资源（critical resource）：一次仅允许一个进程使用的资源 临界段（critical section) ：各进程必须互斥执行的程序段。,4.2.2实现临界段的硬件方法,利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁 常见硬件指令有: 1.屏蔽中断 Parbegin A(amount) disableInterrupt(); R1=count; R2=amount; R1=R1+R2; count=R1; enableInterrupt(); ;,B(amount) disab
8、leInterrupt(); R1=count; R2=amount; R1=R1-R2; count=R1; enableInterrupt(); ; Parend;,2、“Test_and_Set”指令。 该指令功能描述为： boolean Test_and_Set（boolean ,设Lock为全局布尔变量，利用Test&Set指令，即可实现对临界区的加锁与解锁：,“test&set” 读后置1指令实现互斥实例： T&S Ri,Aj 解释为将(Aj)地址所指内存单元内容读到Ri寄存器中,同时将1置入Aj所指的内存单元中. 设Lock为临界段锁变量，则安排如下指令，即可实现加锁与解锁：*,临界段,非临界段,A1 (If (R1=1)then goto Loop ),A1 =(0置Lock内存单元),
