5、系统规格、建模与早期设计阶段解析

系统规格、建模与早期设计阶段解析

1. 死锁问题与非冯·诺依曼计算模型

在系统设计中，死锁是一个棘手的问题，其产生需要满足四个条件：互斥、资源不可抢占、等待更多资源时持有现有资源以及线程间的循环依赖。在某些示例中，这四个条件可能同时满足，而操作系统理论目前没有通用的解决办法。对于个人电脑来说，罕见的死锁或许可以接受，但对于安全关键系统，死锁则绝对不可容忍。

为了避免死锁问题，研究非冯·诺依曼计算模型（MoCs）是有意义的。而且，观察者模式在其他MoCs中也能轻松实现。实际上，没有一种单一的形式语言能满足所有设计需求，因此在实践中，我们往往需要做出妥协，可能会混合使用多种语言，具体选择取决于应用领域和设计环境。

2. 计算模型的定义与分类

2.1 计算模型的定义

计算模型（MoCs）描述了执行计算的机制。一般来说，我们要考虑由组件构成的系统，并且通常会严格区分组件内的计算和组件间的通信，这样做有助于组件在不同环境中复用，实现系统组件的即插即用。具体定义如下：
- 组件及组件内计算的组织 ：程序、进程、函数和有限状态机等都可以作为组件。
- 通信协议 ：描述组件间通信的方法，例如异步消息传递和基于会合的通信。

2.2 组件关系的图形表示

组件间的关系可以用图来表示，在这些图中，计算也可称为进程或任务，它们之间的关系由任务图和进程网络来体现。图中的节点代表执行计算的组件，计算将输入数据流映射为输出数据流，有时会用高级编程语言实现，通常包含（可能非终止的）迭代，在每次迭代中，组件会从输入获取数据、处理数