同步和互斥

同步和P-V操作

• 同步和互斥的概念
• P-V操作的概念
• P-V操作解决互斥问题
• P-V操作解决同步问题
• 经典同步问题

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4.5.1 同步和互斥的概念

1. 进程的互斥关系

• 多个进程由于共享了独占性资源，必须协调各进程对资源的存取顺序：确保没有任何两个或以上的进程同时进行存取操作
• 互斥和资源的共享有关
• 资源：临界资源
• 存取操作区域：临界区

2. 进程的同步关系

• 若干合作进程为了完成一个共同的任务，需要相互协调运行步伐：一个进程开始某个操作之前必须要求另一个进程已经完成某个操作，否则前面只能等待。

4.5.2 P-V操作概念

1. 信号灯的概念
   信号灯是一种桌有成效的同步机制。
   进程在运行过程中受信号灯控制，并能改变信号灯状态

• 进程受控制：信号灯的状态可以阻塞或唤醒
• 改变信号灯：信号灯的状态可以被进程改变

信号灯的数据结构

• 信号灯变量定义为一个二元矢量（S,q）
• S：整数，初值非负（S又称为信号量）
• q：PCB队列，初值为空

struct SEMAPHORE
{
  int S;  //整数，初值非负
  pointer_PCB q;
}

两个操作

• P操作（函数或过程，P（S，q））
  • S-1
  • 若差大于或等于0，该进程继续
  • 若差小于0，则该进程阻塞并加入到队列q中，并转调度函数

P(S,q){
  S=S-1;
  if(S<0){
    Insert(Caller,q);
    Block(Caller);
    转调度函数;
  }
}

• V操作（函数或过程，V（S，q））
  • S值加1
  • 若和大于零，该进程继续
  • 若和小于或等于零，该进程继续同时从q中唤醒一个进程

V(S,q){
  S=S+1;
  if(S<0){
    Remove(q,pid); //pid:进程ID
    Wakeup(pid);
  }
}

4.5.3 P-V操作解决互斥问题

实质是实现对临界区的互斥访问，允许最多1个进程处于临界区。
应用进程：

• 进入临界区之前先执行P操作

• 离开临界区之后再执行V操作

  
  image.png

P-V操作解决同步问题

同步机制实质：

• 运行条件不满足时，能让进程暂停
• 运行条件满足时，能让进程立即继续

P-V操作应用于进程同步的基本思路

• 暂停当前进程：在关键操作之前执行P操作
  • 必要时可暂停
• 继续进程：在关键操作之后执行V操作
  • 必要时唤醒合作进程
• 定义有意义的信号量S，并设置合适的初值
  • 信号量能明确地表示运行条件

经典同步问题