王道OS-管程

1 为什么要引入管程

信号量机制存在的问题：编写程序困难、易出错

1973年，Brich Hansen首次在程序设计语言（Pascal）中引入了“管程”成分–一种高级同步机制

2 管程的定义和基本特征

2.1 定义

管程是一种特殊的软件模式，由这些部分组成：

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

2.2 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

3 拓展1：用管程解决生产者消费者问题

引入管程的目的无非就是要更方便地实现进程互斥和同步

1.需要在管程中定义共享数据（如生产者消费者问题的缓冲区）
2.需要在管程中定义用于访问这些共享数据的“入口”——其实就是一些函数（如生产者消费者问题中，可以定义一个函数用于将产品放入缓冲区，再定义一个函数用于从缓冲区中取出产品）
3.只有通过这些特定的“入口”才能访问共享数据
4.管程中有很多“入口”，但是每次只能开放其中一个“入口”，并且只能让一个进程或线程进入（如生产者消费者问题中，各进程需互斥地访问共享缓冲区。注意：这种互斥特性是由编辑器负责实现的，程序员不用关心）
5.可在管程中设置条件变量及等待/唤醒操作以解决同步问题。可以让一个进程或者线程在条件变量上等待（此时，该进程应先释放管程的使用权，也就是让出“入口”）；可以通过唤醒操作将等待在条件变量上的进程或线程唤醒

程序员可以用某种特殊的语法定义一个管程（比如：monitor ProducerConsumer …end monitor），之后其他程序员就可以使用这个管程提供的特定的“入口”（封装思想）很方便地使用实现进程同步/互斥了

4 拓展2：Java中类似于管程的机制

Java中，如果使用关键字 synchronized 来描述一个函数，那么这个函数同一时间内只能被一个线程调用

5 总结