【操作系统】第八章 进程同步与通信

作者名：不祥 来源：网友提供　05年6月9日

　　

本章考核知识点 ：1、进程的顺序性与并发性 2、与时间有关的错误　3、相关临界区 4、进程的互斥 5、进程的同步 6、进程通信 7、线程的概念

本章自学要求 ：理解“进程”是操作系统中的基本执行单位，在多道程序设计的系统中往往同时有许多进程存在，它们要轮流占用处理器。这些交叉执行的并发进程相互之间可能是无关，也可能是相关的。当并发进程竞争共享资源时会出现与时间有关的错误，因此，应采用进程同步与互斥手段使其合理使用共享资源，以保证系统安全。当进程间必须通过信息交换进行协作时，可用进程通信的方式达到目的。

重点 是：分析与时间有关的错误；用PV操作实现进程的同步与互斥；用信箱实现进程通信。

一、进程的顺序性与并发性（ 领会 ）

　　有人说，在程序中不是有跳转语句和重复语句，怎么就是顺序执行？注意，这里是指进程在处理器中的执行，因为处理器每次只能执行一个操作，因此每条指令必须按顺序进入CPU执行，假使有一条指令是跳转的，那么执行本指令后，会取出跳转目的地址的指令进入CPU运行，这个顺序是程序规定的。所以对CPU而言，进程总是按顺序执行。
　　 　　 进程是一个程序在一个数据集合上的一次执行，同一个程序和同一个数据集的运行结果必然是相同的。这就是可再现性。


　　 　　 同时执行并不是真的同时，因为任一时刻CPU中只能有一个进程运行。

1、进程的 顺序性 ：任何进程在顺序的处理器上的执行是严格按照顺序进行的，这就是进程的顺序性。当一个进程独占处理器顺序执行时，具有两个特性： 一、封闭性 二、可再现性 。

2、进程的 同时执行 ：在多道程序设计系统中，一个进程的工作没有全部完成之前，另一个进程就可以开始工作，它们的执行在时间上重迭的，我们把它们称为是“可同时执行的”。

3、进程的 并发性 ：若系统中存在一组可同时执行的进程，则说该组进程具有并发性，并把可同时执行的进程称为“并发进程” 。

4、并发进程间的关系：并发进程相互之间可能是 无关的 ，也可能是 交往的 。如果一个进程的执行不影响其他进程的执行，且与其他进程的进展情况无关，即它们是各自独立的，则这些并发进程相互之间是无关的。如果一个进程的执行依赖其他进程的执行，则这些并发进程之间是有交往的。

二、与时间有关的错误（ 简单应用 ）

1、并发进程的执行速度取决于自身和进程调度策略。一个进程运行时会被中断，且断点是不固定的，一个进程被中断后，哪个进程可以运行，被中断的进程什么时候占用处理器，是与进程调度策略有关的。因此进程的执行速度不能由自己决定。

2、并发进程交替使用共享资源时会出现与时间有关的错误。 由于共享资源的原因，加上进程并发执行的随机性，一个进程对另一个进程的影响是不可预测的。造成不正确的因素与进程占用处理器的时间、执行的速度以及外界的影响有关。因此被称为与时间有关的错误。

3、分析并发进程中与时间有关的错误，请理解教材上的例子。

三.相关临界区（ 领会 ）

1、 临界区 的定义：并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区”

2、什么是 相关临界区 ： 相关临界区是指 并发进程 中涉及到 相同变量 的那些 程序段 。

3、对相关临界区的管理要求。

  • 1） 一次最多让一个 进程在临界区执行，当有进程在临界区时其他想进入临界区执行的进程必须等待。
  • 2）任何一个进入临界区执行的进程必须在 有限的时间内退出 临界区，即任何一个进程都不应该无限地逗留在自己的临界区。
  • 3）不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区，即有进程退出时应 让一个等待进入临界区的进程进入 它的临界区。

四、进程的互斥（ 综合应用 ）

1、 进程互斥 的含义：进程的互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个进程去使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用资源者释放了该资源。
　　PV操作是两个过程，由他们两个来控制一个信号S，假设S是红灯的个数。
　　 每个进程进入临界区前都要先执行P操作。退出临界区时执行V操作。用下面的比喻很容易理解:

　　 临界区门前有棵树（S）
　　 用来挂红灯
　　 进程想进CPU的门
　　 先得上树取盏灯（调用一次P操作）
　　 取下一个去敲门(S=S-1)
　　 如果树上没灯取(S≤0)
　　 树说欠你一盏灯(S为负时)
　　 没辙只好外边排队等( W ait (S))

　　 得灯进程续运行
　　 运行完了要出门（调用一次V操作）
　　 马上还回一盏灯(S=S+1)
　　 若有进程在催债(S≤0)
　　 放个进去事完成( R elease (S))

2、实现进程互斥的工具－－PV操作。

PV操作 是由两个操作，即P操作和V操作组成。P操作和V操作是两个在信号量上进行操作的过程。假定用S表示信号量则把这两个过程记作P（S)和V（S),它们的定义如下：
Procedue P(Var S: Semaphore); begin S:=S-1; if S<0 then W(S) end; {P} Procedue V(Var S: Semaphore); begin S:=S+1; if S<=0 then R(S) end; {V}

为了确保PV操作自身的正确执行，因此P（S）和V（S）操作中不可中断，这种 不可被中断的过程称为“原语 ”。

3、用PV操作管理相关临界区的一般形式

  • 一个信号量与一组涉及共享变量的相关临界区联系起来，信号量的初值定为“1”

  • 任何一个进程要进入临界区前先调用P操作，执行临界区的操作后，退出临界区时调用V操作。

  • 由于信号量的初值为“1”，P操作起到了限制一次只有一个进程进入临界区的作用，其余进程欲进入临界区必须符合对临界区管理的第一个要求，即一次最多让一个进程在临界区执行。进程退出后执行V操作，若有进程在等待则释放一个进程，这样就达到了对临界区管理的第二个和第三个要求（即不能无限逗留也不能无限等待）。

4、分析进程互斥问题并用PV操作实现进程互斥。
仔细领会教材中的例子，关于PV操作，在考试中出现的可能性极大,但是难度基本不超过教材上例题.