操作系统学习笔记（4）

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1、顺序环境和顺序程序

• 顺序环境
  • 程序的指令或语句序列是顺序的；
  • 在计算机系统中只有一个程序在运行；
  • 一个程序独占系统中所有资源；
  • 一个程序执行不受外界影响。
• 顺序特征
  • 顺序性执行；
  • 封闭独占资源；
  • 确定可再现性。

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2、并发环境和并发进程

• 并发环境
  • 在一定时间内物理机器上有两个或两个以上的程序；
  • 程序处于开始运行但尚未结束的状态；
  • 程序执行次序不是事先确定的。
• 并发特征
  • 程序结果是不可再现性的；
  • 程序的执行呈现间断性；
  • 系统中各类资源共享；
  • 独立性和制约性；
  • 程序和计算不再对应。

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3、相交进程和无关进程

• 间接式和直接式制约
  • 直接作用：也称"合作关系"，是指一个进程执行完后，另一个进程才能开始，否则不能开始；
  • 间接作用：也称“竞争关系”，是指一个进程访问共享资源时，其他需访问此资源的进程必须等待。
• 相交和无关进程
  • 相交进程：逻辑上的有某种联系的并发进程；
  • 无关进程：逻辑上无任何联系的并发进程；
  • 直接作用只发生在相交进程之间；
  • 间接作用可以发生再相交进程或无关进程之间。

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4、进程同步和进程互斥

• 进程同步（直接制约）
• 根据一定的时序关系合作完成一项任务；
• 并发进程因直接制约而互相等待，彼此相互发送消息进行合作，使得个进程按一定的速度执行。进程间的直接制约关系来源于合作；
• 进程建的互相联系式有意识安排的，直接作用只发生再相交的进程间。
• 进程互斥（间接制约）
  • 各进程竞争使用临界资源；
  • 临界资源：在操作系统中，进程是占有资源的最小单位（线程可以访问其所在进程内的所有资源，但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源）。但对于某些资源来说，其在同一时间只能被一个进程所占用。这些一次只能被一个进程所占用的资源就是所谓的临界资源。典型的临界资源比如物理上的打印机，或是存在硬盘或内存中被多个进程所共享的一些变量和数据等(如果这类资源不被看成临界资源加以保护，那么很有可能造成丢数据的问题)；
  • 进程间通过中介发生联系，是无意识安排的；
  • 可发生在相交进程间，也可发生再无关进程间。
• 进程同步和互斥的关系
  • 互斥反映了进程间的竞争关系，而同步则反映了进程间的合作关系；
  • 进程互斥是进程同步的一种特殊情况；
  • 互斥所涉及的进程之间没有固定的必然的联系，它们只是竞争获得共享资源的使用权；而同步所涉及的并发进程之间有一钟必然的联系，即使资源可用，若没有获得同步消息，进程也不能去使用。
• eg.
  • 若干同学去图书馆借书(互斥)
  • 输入进程和计算进程(同步)
  • 流水线生产的各道工序(同步)
  • 若干进程使用一台打印机(互斥)
  • 商品生产和社会消费(同步)

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5、访问临界资源

• 对于临界资源的访问，必须是互斥进行。也就是当临界资源被占用时，另一个申请临界资源的进程会被阻塞，直到其所申请的临界资源被释放。而进程内访问临界资源的代码被成为临界区。对于临界区的访问过程分为四个部分：
  • 进入区:查看临界区是否可访问，如果可以访问，则转到步骤二，否则进程会被阻塞
  • 临界区:在临界区做操作
  • 退出区:清除临界区被占用的标志
  • 剩余区：进程与临界区不相关部分的代码

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6、临界区及其使用原则

• 临界区
  • 进程中涉及临界资源的程序段
  • 多个进程的临界区为相关临界区
• 使用原则
  • 有空让进
  • 无空等待
  • 多中择一（让权等待）
  • 有限等待

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7、临界区管理软件方法

• Dekker算法
  • Dekker算法用指示器turn来指示应该哪个进程进入临界区

1 var inside: array[1..2] of Boolean;
2 inside[1] = false;
3 inside[2] = false;
4 turn: interger;
5 turn := 1 or 2;

• • 进程1

 1 process P1
 2 begin
 3     inside[1] = true;
 4     while inside[2] do if turn = 2 then
 5         begin
 6             inside[1]:= false;
 7             while turn = 2 do begin end;
 8             inside[1]:= true;
 9         end
10     临界区;
11     turn := 2;
12     inside[1]:= false;
13 end;

• • 进程2

 1 process P2
 2 begin
 3     inside[2] = true;
 4     while inside[1] do if turn = 1 then
 5         begin
 6             inside[2]:= false;
 7             while turn = 1 do begin end;
 8             inside[2]:= true;
 9         end；
10     临界区;
11     turn:= 1;
12     inside[2]:= false;
13 end;

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8、临界区管理的硬件方法

• 测试并建立指令TS

 1 /* s代表临界资源状态，由TS指令控制 */
 2 s : boolean;
 3 s := true;
 4 process Pi  /* i = 1,2,...,n */
 5     pi : boolean;
 6 begin
 7     repeat pi := TS(s) until pi;
 8         临界区;
 9     s := true;
10 end;

• 交换指令SWAP
  • 交换指令将交换两个字的内容
  • 公共变量lock决定临界区是否上锁
  • 每个进程的私有变量key用于与lock交换

 1 /* 交换函数 */
 2 void SWAP(int* a, int* b) {
 3     int temp;
 4     temp = *a;
 5     *a = *b;
 6     *b = temp;
 7 }
 8 
 9 key = true;
10 do {SWAP(&lock, key);}
11 while(key);
12 临界区;
13 lock := flase;

• 开关中断指令
  • 进入临界区前执行“关中断”指令
  • 离开临界区后，执行“开中断”指令
  • 控制进程互斥进入临界区

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9、软硬件方法的优缺点

• 软硬件方法都采用了忙等待方式
• 软件方法实现复杂，需要编程技巧
• 硬件指令方法代码简洁有效
• 硬件中断屏蔽方法代价较高

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标签：操作系统,turn,inside,笔记,学习,互斥,临界,进程,资源
来源： https://www.cnblogs.com/taking/p/15303872.html