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      操作系統(tǒng)臨界資源

      時間: 佳洲1085 分享

        操作系統(tǒng)臨界資源是指一次只能被一個進程所占用的資源,下面由學習啦小編為大家整理了操作系統(tǒng)臨界資源的相關知識,希望對大家有幫助。

        1.操作系統(tǒng)臨界資源

        簡介

        在操作系統(tǒng)中,進程是占有資源的最小單位(線程可以訪問其所在進程內的所有資源,但線程本身并不占有資源或僅僅占有一點必須資源)。但對于某些資源來說,其在同一時間只能被一個進程所占用。這些一次只能被一個進程所占用的資源就是所謂的臨界資源。典型的臨界資源比如物理上的打印機,或是存在硬盤或內存中被多個進程所共享的一些變量和數據等(如果這類資源不被看成臨界資源加以保護,那么很有可能造成丟數據的問題)。

        對于臨界資源的訪問,必須是互訴進行。也就是當臨界資源被占用時,另一個申請臨界資源的進程會被阻塞,直到其所申請的臨界資源被釋放。而進程內訪問臨界資源的代碼被成為臨界區(qū)。

        對于臨界區(qū)的訪問過程分為四個部分:

        1.進入區(qū):查看臨界區(qū)是否可訪問,如果可以訪問,則轉到步驟二,否則進程會被阻塞

        2.臨界區(qū):在臨界區(qū)做操作

        3.退出區(qū):清除臨界區(qū)被占用的標志

        4.剩余區(qū):進程與臨界區(qū)不相關部分的代碼

        互斥的要求:

        必須強制實施互斥,即一次只允許一個進程進入臨界區(qū)。一個在非臨界區(qū)停止的程序不能干涉其他程序。有限等待,即決不允許需要訪問臨界區(qū)的進程被無限延遲的情況,即死鎖或餓死,有空讓進,臨界區(qū)空閑時,請求程序可進,對相關進程的執(zhí)行速度和處理器的速度沒有任何要求和限制。一個進程駐留在臨界區(qū)的時間必須是有限的。

        互斥的實現:

        軟件的方法:由并發(fā)執(zhí)行進程擔任這個責任

        機器指令:減少開銷,但不能通用

        2.補充資料:操作系統(tǒng)實現臨界區(qū)互斥的基本方法

        硬件實現方法

        中斷禁用

        單處理器中并發(fā)進程不能重疊只能交替,一個進程一直運行到調用系統(tǒng)服務或被中斷。保證互斥只需保證一個進程不被中斷

        缺點:一長時間中斷禁止,中斷效率會降低。二不能用于多處理結構中

        專用機器指令

        用于保證訪問的原子性。1、比較和交換指令(compare and swap)、2、Exchange指令

        機器指令方法的特點:

        1、適合在單處理器或共享內存的多處理器上的任何數目的進程

        2、非常簡單且易于證明

        3、可用于支持多個臨界區(qū),可用自己的變量定義

        缺點

        1、忙等待,進程等待進入臨界區(qū),仍然會繼續(xù)消耗CPU的時間

        2、可能饑餓,當需要等待程序進入時,某些可能被無限拒絕

        3、可能死鎖,低優(yōu)先級的進程占用高優(yōu)先級的進程所需的資源

        信號量實現方法

        解決并發(fā)問題基本原理

        兩個或多個進程可以通過簡單的信號進行合作,一個進程可以被迫在某一個位置停止,直到它接到某一個特定的信號。復雜的合作需求都可以通過適當的信號結構完成。只需要一個特殊的變量(整數型):稱為信號量

        信號量的三個操作

        1、信號量s可以初始化成非負數

        用于互斥:s=1

        用于同步:s>=0

        2、semWait(s)進程請求分配一個資源,操作使信號量減1,若為負。進程阻塞。否則繼續(xù)執(zhí)行

        3、semSignal(s)進程釋放一個資源,操作使信號量加1,若小于或等于0.則阻塞的進程被解除阻塞

        信號量的使用規(guī)則

        1、semWait和seSignal必須成對出現

        互斥時,位于同一進程,臨界區(qū)的前后

        同步時,交錯出現在兩個合作進程內

        2、多個seWait次序不能顛倒,否則可能導致死鎖

        3、用于同步的semWait應出現在用于互斥的semSignal之前

        4、多個semSigal次序可以任意

        5、在進程對信號量減1之前無法提前知道該信號量是否會被阻塞

        6、當進程對一個信號量加1后。另一個進程會被喚醒,兩個進程繼續(xù)并發(fā)運行

        7、在向信號量發(fā)出信號后,不需要知道是否有另一個進程在正在等待,被解除阻塞的進程數量或者沒有或者是1

        管程實現方法

        信號量為實施互斥和進程間合作提供了強大靈活的工具,但存在難點。即semWait和semSignal操作可能分布在整個程序中,很難看出整體效果,因此提出管程(Monitor),一個程序設計語言結構,可以鎖定任何對象,提供與信號量相同的功能,更易于控制

        使用信號的管程

        定義:管程由一個或多個進程、一個初始化序列和局部數據組成的軟件模塊

        特點:

        1、局部數據變量只能被管程的過程訪問,任何外部過程都不能訪問

        2、一個進程通過調用管程的一個過程進入管程

        3、在任何時候、只能有一個進程在管程中執(zhí)行,調用管程的其他任何程序都被阻塞

        管程的幾個要素

        1、管程中的共享變量在外部不可見,只能通過管程內所說明的過程間接訪問

        2管程必須互斥進入:管程中的數據變量每次只能被一個進程訪問,保證數據完整性

        3、管程通常用來管理資源,應當沒有進程等待隊伍、相應的等待及喚醒

        4、Q進去管程等待時,釋放管程互斥權,P進入管程,喚醒Q

        P等待Q繼續(xù),直到Q退出或等待

        P等待Q繼續(xù),直到P退出或等待

        規(guī)定喚醒為進程中最后一個操作

        利

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