《软件技术基础》之《同步》

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本文深入探讨了进程并发控制的关键概念，包括互斥与同步的基本原理，Peterson互斥算法的细节，信号量方法及其在实现互斥和前趋关系中的应用。此外，还介绍了管程的概念、特点及在生产者-消费者问题中的应用，以及消息传递机制在进程通信中的作用。

《软件技术基础》之《同步》

进程并发控制：互斥与同步

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并发控制

示例：
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进程间的制约关系：

  • 间接制约：资源共享→互斥
  • 直接制约：进程合作→同步

临界资源：必须互斥使用的资源称为临界资源。

临界区：访问临界资源的那段代码称为临界区。
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竞争临界资源引起的问题：忙等、饥饿、死锁。
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临界区使用原则（互斥条件）：空闲让进、忙则等待、优先等待、让全等待。
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互斥与同步的解决策略

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软件方法

在进入区设置和检查一些标志来标明是否有进程在临界区。若已经有进程在临界区，则在进入区通过循环检查进行等待，进程离开临界区后则在退出区修改标志。

初步设想——轮换使用临界区
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第一次改进——设置临界区状态标志
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第二次改进——预先表明进入临界区的态度
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第三次改进——预先表明进入临界区的态度+谦让
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谦让的改进：给定序号避免过分谦让
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Peterson互斥算法

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软件方法的特点

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信号量方法

信号量实现进程互斥的基本原理

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信号量定义

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信号量的两个原子操作：wait(s)和signal(s)，有时也称作P(s)和V(s)。
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信号量的物理意义

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wait、signal的应用

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利用信号量实现互斥的通用模式

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利用信号量实现前趋关系示例

P1、P2、P3、P4、P5、P6为一组合作进程，其进程前趋图如下所示，用P、V操作实现这六个进程的同步。
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###

信号量的类型

依据使用方式：
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管程

管程的组成

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管程的概念

一个管程定义了一个数据结构和（在该数据结构上）能为并发进程所执行的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

管程的特点

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若由于某种原因，一个正在管程中执行的进程必须阻塞，该如何处理？
答：释放管程供其他进程使用→同步机制。

管程中的同步机制

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管程的结构

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生产者-消费者问题

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生产者-消费者模型

  • 缓冲区：固定大小
  • 生产者：满则等待，空则填充
  • 消费者：空则等待，有则获取

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限制要求：
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流程图：
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代码：
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生产者-消费者问题的管程解决方法：
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消息传递

进程通信：进程之间的信息交换。

进程通信方式：
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进程通信的方式

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共享存储区方式

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电子邮件的发送与接收过程：
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消息传递机制

数据交换以格式化的消息为单位。

消息的一般格式：
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消息传递的同步：
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三种同步方式：
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消息传递的寻址：
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邮箱：不限制进程数，允许多个发送进程向邮箱发送消息，同时，也允许多个接收进程从邮箱接收信息。
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利用消息传递实现互斥

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代码：
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