2.1.2题机与进程管理

3.进程互斥与同步以及P, V操作

进程间的同步

异步环境下的一组并发进程之间互发消息、相互合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程同步，也即同步是使在异步环境下的各进程按一定的顺序和速度执行。

进程间的互斥

一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一公有资源而使得它们必须以一个 不允许交叉的顺序执行。也即，互斥要保证临界资源在某一时刻只被一个进程访问。

临界资源

系统中有些资源可以供多个进程同时使用，有些资源一次只能供一个进程使用，称 为临界资源（Critical Resource, CR），如打印机、公共变量和表格等。

临界区管理原则

临界区（Critical Section, CS）是进程中对临界资源实施操作的那段程序。互斥临界区管理的原则是有空即进、无空则等、有限等待、让权等待。

信号量机制

1965年，荷兰学者Dijkstra提出的信号量机制是一种卓有成效的进程同步与互斥的工具。

整型信号量与PV操作

信号量是一个整型变量，根据控制对象的不同赋不同的值。信号量分为两类。

公用信号量：实现进程间的互斥，初值=1或资源的数目。

私用信号量：实现进程间的同步，初值=0或某个正整数。

信号SS的物理意义是：S>0表示某资源的可用数，S<0其绝对值表示阻塞队列中 等待该资源的进程数。

PV操作是实现进程同步与互斥的常用方法。PV操作是低级通信原语，在执行期间 不可分割。其中，p操作表示申请一个资源，V操作表示释放一个资源。

P操作定义：S:=S-1,若S彡0,则执行P操作的进程继续执行；否则若S<0,则置 该进程为阻塞状态（因为无可用资源），并将其插入阻塞队列。

P操作可用如下过程表示：

Procedure P （Var S:Semaphore）；

Begin

S:=S-1;

If S<0 then W （S） {执行P操作的进程插入等待队列}

End;

V操作定义：S:=S+1,若SX），则执行V操作的进程继续执行；否则若S<0,则从 阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列，然后执行V操作的进程继续执行。

V操作可用如下过程表示：

Procedure V （Var S:Semaphore）；

Begin

S:=S+1;

If S彡0 then R （S） {从阻塞队列中唤醒一个进程}

.End;

利用PV操作实现进程的互斥

令信号量mutex的初值为"1",当进入临界区时执行P操作，退出临界区时执行V 操作。则进入临界区的代码段如下：

P （mutex）

临界区

V （mutex）

利用PV操作实现进程的同步

进程的同步是由于进程间合作引起的相互制约的问题，要实现进程的同步可用一个信号量与消息联系起来。当信号量的值为0时表示希望的消息未产生，当信号量的值为非0时表示希望的消息己经存在。假定用信号量S表示某条消息，进程可以通过调用P操作测试消息是否到达，调用V操作通知消息已准备好。

同步问题的经典例子是生产者-消费者问题。相应的程序段形式如下：

生产者 Loop

生产一产品next;

P （Bufempty）；

Next产品存缓冲区：

（Buffiill）； endloop

消费者 Loop

P （BufRill）；

（Bufempty）；

从缓冲区中取产品；

使用产品； endloop

其中，信号量Bufempty和Buffbll分别表示缓冲区中的空单元数和非空单元数，它们的初值分别是1和0.

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