操作系统知识总结（第四讲）

信号量机制

信号量机制：是一种功能较强的机制，可以用来解决互斥与同步问题，他只用被两个标准的原语wait（s）和signal（s）访问，也可以记作p，v操作。
原语：完成某种功能 而且不可分割、不能被中断执行的操作序列，通茶用硬件实现的。

整型信息量：

记录型信息量

总结：

P( S ) —— 申请一个资源S，如果资源不够就阻塞等待
V( S ) —— 释放一个资源S，如果有进程在等待该资源，则唤醒一个进程
利用信号量机制实现同步

1. 设置同步信号量 S, 初始为 0
2. 在“前操作”之后执行 V(S)
3. 在“后操作”之前执行 P(S)

//定义记录型信号量
class semaphore{
int value;      //剩余资源数
semaphore  next;      //等待队列
}
//信号量机制实现互斥
semaphore   S=0； //初始化信号量
p1(){
x； //语句x
v(s);    //告诉P2，x语句已经执行
}
p2(){
p(s);   //检查x语句是否执行了

}

注：可以理解P操作就是对S-1;
V操作就是对S+1；
利用信号量机制实现互斥

1. 设置互斥信号量 mutex，初值为 1
2. 在进入区 P(mutex)——申请资源
3. 在退出区 V(mutex)——释放资源

//定义记录型信号量
class semaphore{
int value;      //剩余资源数
semaphore  next;      //等待队列
}
//信号量机制实现互斥
semaphore   mutex=1； //初始化信号量
p1(){
...
p(mutex);   //申请资源并加锁
临界资源代码
v(mutex);    //释放资源并解锁
}
p2(){
...
p(mutex);   //申请资源并加锁
临界资源代码
v(mutex);    //释放资源并解锁
}

利用信号量机制实现前驱关系

1. 要为每一段前驱关系设置一个同步信号量
2. 在“前操作”之后对相应的同步信号量执行V（S）
3. 在“后操作”之后对相应的同步信号量执行P（S）

总结

分析进程互斥和同步问题的方法

1. 关系分析
   找出问题中的进程数，并分析他们之间的同步和互斥关系
2. 整理思路
   根据进程分析出pv操作
3. 设置信号量

管程（高级同步机制）

管程是一种特殊的软件模块，有这些部分组成：

1. 局部于管程的共享数据结构说明；
2. 对该数据结构进行操作的一组过程；
3. 对局部于管程的共享数据设置初始值的语句；
4. 管程有一个名字。

注: “过程”其实就是“函数”

管程的基本特征：

1. 局部于管程的数据只能被局部于管程的过程所访问；
2. 一个进程只有通过调用管程内的过程才能进入管程访问共享数据；
3. 每次仅允许一个进程在管程内执行某个内部过程。

Java中类似管程的机制：
Java 中，如果用关键字 synchronized 来描述一个函数，那么这个函数同一时间段内只能被一个线程 调用

java
static class monitor{
	private Item buffer[]=new Item[N];
	private int count=0;
	public synchronized void Insert(Item item){
	...............
}
}

总结：

死锁

定义：在多道程序系统通，进程是并行执行的。所以存在多个进程因竞争同一个资源，而相互等待，导致进程都无法向前推进。
死锁产生的必要条件
产生死锁必须同时满足以下4个条件，只要其中任意一个条件不成立，死锁就不会发生。

1. 互斥条件:进程要求对所分配的资源（如打印机〉进行排他性控制，即在一段时间内某资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。
2. 不剥夺条件:进程所获得的资源在未使用完之前，不能被其他进程强行夺走，即只能由获得该资源的进程自己来释放(只能是主动释放)。
3. 请求并保持条件:进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
4. 循环等待条件:存在一种进程资源的循环等待链，链中每个进程已获得的资源同时被链中下一个进程所请求。即存在一个处于等待态的进程集合{P,
   P2,…,P.}，其中P,等待的资源被PA1 (i=0, 1,.…. , n-1）占有，P,等待的资源被Po占有。