操作系统基础:进程同步【上】

简介: 操作系统基础:进程同步【上】



1 进程同步(上)

1.1 进程同步与互斥

1.1.1 进程同步

1.1.1.1 必要性

进程具有异步性的特征,异步性是指各并发执行的进程以各自独立的、不可预知的速度向前推进,可能导致我们的程序不按期望的顺序前进,进而产生错误的结果。由此,操作系统引入了进程同步

1.1.1.2 什么是进程同步

可以理解为进程之间必须按照一定的先后顺序执行

1.1.2 进程互斥

1.1.2.1 必要性

1.1.2.2 什么是进程互斥

1.1.2.3 进程互斥的逻辑过程

注意:

1.1.2.4 实现进程互斥的原则

1.1.3 总结

1.2 进程互斥的软件实现方法

1.2.1 总览

1.2.2 单标志法

1.2.2.1 算法思想

背后的逻辑是谦让

1.2.2.2 实例

对于P0、P1进程,假设有这样一对执行代码

则它们的执行过程为

1.2.2.3 缺点

1.2.3 双标志先检查法

1.2.3.1 算法思想

它背后逻辑是表达意愿

1.2.3.2 实例

则进程P1、P2在访问临界资源之前,会首先检查其他进程是否在使用(表达自己想使用的意愿),只有没有人在访问的时候才进行访问。

1.2.3.3 缺点

试想,当P0在执行到②时,P0的时间片被用完,P1执行⑤,发现此时没有进程在访问,于是继续执行。这样,就会造成同时访问临界资源的情况。

1.2.4 双标志后检查法

1.2.4.1 算法思想

1.2.4.2 实例

P0、P1在使用进程时,首先表达自己想使用的意愿(将自己赋为true),即首先进行上锁,接着再检查是否有别的进程希望使用,如果没有那么自己就可以使用了,如果有那么就等待其他进程结束。

1.2.4.3 缺点

试想,假如按照①⑤②⑥的顺序执行,则P0、P1都想访问资源,造成的结果就是全部都在等对方访问结束,于是发生死锁,谁都访问不了。

1.2.5 Peterson算法

1.2.5.1 算法思想

进程在使用资源前,先表达自己想要使用的意思,接着再表示可以优先让其他进程使用

1.2.5.2 实例

重在理解算法的思想。

根据Turn的值就可以判断出到底是哪个进程最后表达了谦让的意思

1.2.5.3 缺点

试想,P0始终没有去访问资源,但是在该算法中,P0始终占用着处理机,使处理机处于”忙等待“的状态。

1.2.6 总结

1.3 进程互斥的硬件实现方法

1.3.1 总览

1.3.2 中断屏蔽方法

1.3.2.1 算法思想

1.3.2.2 实例

1.3.2.3 缺点

事实上,中断屏蔽只可以屏蔽一个处理机,而并不能影响其他处理机,所以如果其他处理机上有进程在访问临界资源就会出错。

1.3.3 Test and Set指令(TSL)

1.3.3.1 算法思想

1.3.3.2 解释

假设P0要进行访问操作。当Lock原来为False时,则说明没有进程在访问,此时P0可以访问。而当Lock为True时,说明此时有其他进程在访问,P0一直执行while代码段,且Lock一直被置为True,直到其他进程访问完毕并将Lock置为False,P0才可以跳出while循环进行访问。

1.3.3.3 优缺点

1.3.4 Swap指令(或称为exchange、XCHG)

1.3.4.1 算法逻辑

1.3.4.2 解释

基本上与TSL算法的逻辑是一样的

1.3.4.3 优缺点

与TSL一致。

1.3.5 总结

1.4 互斥锁

1.4.1 解释

1.4.2 注意

例如我们之前学习的使用一个while循环来实现加锁功能的代码就是自旋锁

1.4.3 缺点

1.4.4 特性

🕮 2 总结

操作系统,如默默守护的守夜者,无声地管理硬件与软件的交流,为计算机创造和谐秩序。

它是无形的引导者,让复杂的任务变得井然有序,为用户提供无忧体验。

操作系统的巧妙设计,让计算机变得更加智能高效,让人与科技之间的交流更加顺畅。

在每一次启动中,它如信任的伙伴,带领我们进入数字世界的奇妙旅程。

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