进程同步与通讯

1、第九讲 进程同步与通讯目的与要求：掌握信号量解决进程同步互斥问题的方法；掌握进程通信的基本实现方法。重点与难点：信号量的典型应用，通讯实现。作业：13，14，1514.2.5 进程同步与互斥举例一、有限缓冲区问题问题描述：设有n个缓冲区，一组生产者进程往缓冲区写数据，一组消费者进程从缓冲区取数据，写取以一个缓冲区为单位。说明： 将缓冲池看作是共享数据，对缓冲区的 操作必须是互斥操作。 如果n个缓冲区全满，生产者进程必须 等待。 如果缓冲区全空，消费者进程必须等待。2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池）共享N个缓冲区P1 P2 Pm C1 C2 Cn生产者消费者缓冲

2、池3解：设置以下信号量mutex,初值为1，控制互斥访问缓冲池。full,初值为0，表示当前缓冲池中满缓冲区数。empty,初值为N，表示当前缓冲池中空缓冲区数。 有限缓冲区生产者/消费者进程描述如下： item表示消息数据类型；semaphor full,empty,mutex;item nextp,nextc; 置初值full=0; empty=N; mutex=1; 4 P(empty); P(mutex); get a empty bufferi; bufferi =nextp; add bufferi to full buffer queue; V(full); V(mutex);

3、while(1) Producer（）: do produce an item in nextp; .while(empty=0) ;empty=empty-1;full=full+15 consume the item in nextc; while(1) （两个P操作可以倒序吗？） consumer(): do P(full); P(mutex); get a buffer from full buffer queue; nextc=bufferi put bufferi back to empty queue; V(empty); V(mutex);while(full=0) ;full

4、=full-1;empty=empty+16存在共享数据A，那些对它进行只读访问进程叫Reader；对它进行了写操作的进程叫Writer。第一类Reader/ Writer问题（并发极大化）：Reader和Writer争夺访问共享数据A时，如果已经有Reader访问A，后续Reader与后续Writer比有较高优先权。第二类Reader/ Writer问题（数据时效）：Reader和Writer争夺访问共享数据A时，Writer有较高优先权。二、Readers/Writers问题7第一类Reader/ Writer问题描述：1、如果当前无进程访问A，则Reader/ Writer欲访问即可访问

5、。2、如果已存在一个Reader正在访问数据，其它欲访问Reader可马上访问（这体现Reader有较高优先权）；而欲访问的Writer必须等待。3、若某个Writer正访问数据，则欲访问的Reader/ Writer都必须等待。4、当最后一个结束访问数据的Reader发现有Writer正在等待时，则将其中一个唤醒。5、当某个Writer结束访问时，若只有Writer在等待，则唤醒某个Writer，若既有Writer也有Reader；则按FIFO或其它原则唤醒一个Writer或所有Reader。8Writer：P（wrt）;写数据AV（wrt）;Reader：P(mutex)； readcou

6、nt=readcount+1; if (readcount=1) P(wrt);V(mutex)；读数据AP（mutex）； readcount=readcount-1; if (readcount=0) V(wrt);V(mutex); 第一类Reader/ Writer问题编程信号量：wrt=1；（用于A的互斥访问）整型变量：readcount=0（用于reader计数）信号量：mutex=1；（用于对readcount互斥访问）9三、哲学家就餐问题 问题描述：五个哲学家五只筷子，哲学家循环做着思考和吃饭的动作，吃饭程序是：先取左边筷子，再取右边筷子，再吃饭，再放筷子。10实现：为每个筷子

7、设一把锁（信号量，初值为1）每个哲学家是一个进程。共享数据结构为semaphore chopstick5； 第i个进程描述为(i=0, ,4)doP（chopsticki）；/ 取左边筷子;P（chopstick(i+1)% 5）； / 取右边筷子;Eat； / 放左边筷子;V（chopsticki）；/ 放右边筷子; V（chopstick(i+1) %5）； Think；while(1)；(这可能导致死锁)114.3 消息传递原理 两种基本进程通讯方法：1、共享存储（Shared-memory）：相互通讯的进程有共享存储区.进程间可以通过直接读写共享存储区的变量来交互数据，同步与互斥在并发

8、程序设计时安排进入程序。操作系统提供这样的共享存储区及同步互斥工具。2、消息传递(message-passing)：通过操作系统的相应系统调用进行消息传递通讯。12消息传递系统调用语句的一般形式:发送消息：Send(destination,&message);接收消息：Receive(source,&message)。消息传递方法1、直接通讯法基本思想：进程在发送和接收消息时直接指明接收者或发送者进程ID。缺点：必须指定接收进程ID。（UNIX的信号机制类似这种形式）4.3.1消息传递通讯原理13举例：（UNIX中两进程利用信号通讯）。Process A kill(1040, SIGUSR1)

9、; #向1040号进程发送 一个SIGUSR1信号。Process B Signal(SIGUSR1,func);#当收到SIGUSR1信 号时，就执行func(),如果SIGUSR1 信号未到，则系统登记func函数， 待其信号到时再调用执行。142、间接通讯法（信箱命名法）基本思想：系统为每个信箱设一个消息队列，消息发送和接收都指向该消息队列。 缺点：必须有一个通讯双方共享的一个逻辑消息队列（UNIX的IPC消息传递机制属于这种形式），使用时消息发送者约定写方式打开信箱,消息接受者约定读方式打开信箱或同时读写打开。优点：很容易建立双向通讯链(只要对信箱说明为读写打开)。 154.3.2 进

10、程消息传递通讯示例直接通讯消息系统，两个基本操作为：send(&A)：&A指向含接收者pid和消息正文的空间。Receive(&A)：&A指向缓冲区用于接收消息，该系统调用函数返回值是消息发送者pid。实现：系统有一空闲缓冲区池，每个进程有一个消息缓冲队列。缓冲区用于存放消息及消息发送者pid和消息链(用pid定位进程PCB表)。Senders pid消息正文下一消息链消息缓冲区16每个进程的消息队列存放发送给该进程的消息，队列头存于PCB中，同时在PCB中设一互斥信号量mutex(初值为1)和信号量Sm（初值为0），Sm用于记录消息队列中的消息数。.mutexSm.Senders pidte

11、xtSenders pidtextReceivers PCB message messageHptr17Send(&A): New(&p)；从空缓冲区队列得一个buffer . 置senders pid； 将A中消息送buffer p； 获得A中Receivers pid； P(mutex)； 将buffer p挂入相应的消息队列； V(Sm)； V(mutex)；18Receive(&A)： P(Sm)； P(mutex)； 从本进程的消息队列取一个buffer f； V(mutex)； 从buffer f中取得消息正文送A,并得到 senders pid作为Receive( )的返回值；. dispose(f)；#释放buffer f到空缓冲队列