广西大学：《计算机操作系统》课程教学资源（PPT课件）第3章 并发控制——互斥与同步

第3章并发控制—互斥与同步 本章知识点: 3.1并发原理 32互斥—软件解决方法 33互斥—硬件解决方法 34信号量 35管程 ·3.6*消息传递 3,7*读者/者问题 38系统举例(略)

1 第3章 并发控制——互斥与同步 本章知识点： • 3.1 并发原理 • 3.2 互斥——软件解决方法 • 3.3 互斥——硬件解决方法 • 3.4 信号量 • 3.5 管程 • 3.6 *消息传递 • 3.7 *读者/写者问题 • 3.8 系统举例（略）

31并发原理 在单处理机多道程序的系统中,进程的 并发执行方式是插入执行,表面看起来 进程如同是同时执行的。在多处理机系 统中并发执行方式有插入执行和重叠执 行。并发的存在要求操作系统必须能跟 踪大量活跃进程,必须为每一活跃进程分 配瓷源,必须保护每二进程的数据和物 理资源不被其他进程侵犯,并且进程执 的结果与其他并发进程执行时的相对 速度无关

2 3.1 并发原理 在单处理机多道程序的系统中，进程的 并发执行方式是插入执行，表面看起来 进程如同是同时执行的。在多处理机系 统中并发执行方式有插入执行和重叠执 行。并发的存在要求操作系统必须能跟 踪大量活跃进程,必须为每一活跃进程分 配资源，必须保护每一进程的数据和物 理资源不被其他进程侵犯，并且进程执 行的结果与其他并发进程执行时的相对 速度无关

31.1进程间的相互作用 进程之间常常相互作用,存在某种彼此 依赖或相互制约的关系:同步和互斥关系 根据进程意识到其他进程的存在程度不同, 可将进程间的相互作用划分为:进程互不 觉察、进程间接觉察、进程直接觉察

3 3.1.1 进程间的相互作用 进程之间常常相互作用，存在某种彼此 依赖或相互制约的关系：同步和互斥关系。 根据进程意识到其他进程的存在程度不同， 可将进程间的相互作用划分为：进程互不 觉察、进程间接觉察、进程直接觉察

312进程间的相互竞争 并发进程在竞争使用同一资源时将产生冲突。 进程间的竞争面临3个控制问题: 互斥 ·死锁 ·饥饿 竞争的控制不可避免地涉及到操作系统,因为 是操作系统分配资源,另外,进程自身也必须 能以某种方式表达互斥的要求

4 3.1.2 进程间的相互竞争 并发进程在竞争使用同一资源时将产生冲突。 进程间的竞争面临3个控制问题： • 互斥 • 死锁 • 饥饿 竞争的控制不可避免地涉及到操作系统，因为 是操作系统分配资源，另外，进程自身也必须 能以某种方式表达互斥的要求

312进程间的相互竞争 临界资源 在同一时刻只允许一个进程访问的资源 称为临界资源。 临界区(段)访问临界资源的那一部分程 序称为临界区(段)

5 3.1.2 进程间的相互竞争 • 临界资源: • 在同一时刻只允许一个进程访问的资源 称为临界资源。 • 临界区(段):访问临界资源的那一部分程 序称为临界区（段）

313进程间的相互合作 1通过共享合作 这些进程并不是通过名字察觉到对方, 而是通过共享访问间接察觉。进程间通 过共享方式进行合作。除互斥、死锁和 饥饿外,保证数据的一致性也是一个潜 在的控制问题

6 3.1.3 进程间的相互合作 1.通过共享合作 这些进程并不是通过名字察觉到对方， 而是通过共享访问间接察觉。进程间通 过共享方式进行合作。除互斥、死锁和 饥饿外，保证数据的一致性也是一个潜 在的控制问题

313进程间的相互合作 2通过通信合作 进程通信是指进程之间可直接以较高的 效率传递较多数据的信息交换方式。这 种方式中采用的是通信机构,在进程通 信时往往以消息形式传递信息。因为在 消息传递中不存在共享,所以这种形式 的合作不需要互斥,但是还存在死锁和 饥饿问题

7 3.1.3 进程间的相互合作 2.通过通信合作 进程通信是指进程之间可直接以较高的 效率传递较多数据的信息交换方式。这 种方式中采用的是通信机构，在进程通 信时往往以消息形式传递信息。因为在 消息传递中不存在共享，所以这种形式 的合作不需要互斥，但是还存在死锁和 饥饿问题

314互斥的要求 并发进程的成功完成需要有定义临界段和 实现互斥的能力,这是任何并发进程方案 的基础。解决互斥问题必须满足以下要求 互斥执行 ·执行非临界段的进程不能受到其他进程的 干扰 有限的等待 没有进程相对速度和数目的假设 进程进入到临界段中的时间有限

8 3.1.4 互斥的要求 并发进程的成功完成需要有定义临界段和 实现互斥的能力，这是任何并发进程方案 的基础。解决互斥问题必须满足以下要求： • 互斥执行 • 执行非临界段的进程不能受到其他进程的 干扰 • 有限的等待 • 没有进程相对速度和数目的假设 • 进程进入到临界段中的时间有限

32互斥—软件解决方法 软件方法对并发进程不提供任何支持, 因此,无论是系统程序或应用程序,进 程都要同其他进程合作以解决互斥,它 们从程序设计语言和操作系统那里得不 到任何支持。软件方法易引起较髙的进 程附和较多的错误,但有利于深刻理解 并发的复杂性

9 3.2 互斥——软件解决方法 软件方法对并发进程不提供任何支持， 因此，无论是系统程序或应用程序，进 程都要同其他进程合作以解决互斥，它 们从程序设计语言和操作系统那里得不 到任何支持。软件方法易引起较高的进 程附和较多的错误，但有利于深刻理解 并发的复杂性

321 Dekker算法 Dekker算法的优点在于它描述了并发进 程发展过程中遇到的大部分共同问题。 任何互斥都必须依赖于一些硬件上的基 本约束,其中最基本的约束是任一时刻 只能有一个进程访问内存中某一位置

10 3.2.1 Dekker算法 Dekker算法的优点在于它描述了并发进 程发展过程中遇到的大部分共同问题。 任何互斥都必须依赖于一些硬件上的基 本约束，其中最基本的约束是任一时刻 只能有一个进程访问内存中某一位置