2012年自考工學(xué)類(lèi)“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料(7)

更新時(shí)間：2012-10-30 11:10:37 來(lái)源：|0

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　　本章考核知識(shí)點(diǎn)：1、進(jìn)程的順序性與并發(fā)性2、與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤　3、相關(guān)臨界區(qū)4、進(jìn)程的互斥5、進(jìn)程的同步6、進(jìn)程通信7、線程的概念

　　本章自學(xué)要求：理解“進(jìn)程”是操作系統(tǒng)中的基本執(zhí)行單位，在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中往往同時(shí)有許多進(jìn)程存在，它們要輪流占用處理器。這些交叉執(zhí)行的并發(fā)進(jìn)程相互之間可能是無(wú)關(guān)，也可能是相關(guān)的。當(dāng)并發(fā)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)共享資源時(shí)會(huì)出現(xiàn)與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤，因此，應(yīng)采用進(jìn)程同步與互斥手段使其合理使用共享資源，以保證系統(tǒng)安全。當(dāng)進(jìn)程間必須通過(guò)信息交換進(jìn)行協(xié)作時(shí)，可用進(jìn)程通信的方式達(dá)到目的。

　　重點(diǎn)是：分析與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤;用PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步與互斥;用信箱實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信。

　　一、進(jìn)程的順序性與并發(fā)性(領(lǐng)會(huì))

　　有人說(shuō)，在程序中不是有跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句和重復(fù)語(yǔ)句，怎么就是順序執(zhí)行?注意，這里是指進(jìn)程在處理器中的執(zhí)行，因?yàn)樘幚砥髅看沃荒軋?zhí)行一個(gè)操作，因此每條指令必須按順序進(jìn)入CPU執(zhí)行，假使有一條指令是跳轉(zhuǎn)的，那么執(zhí)行本指令后，會(huì)取出跳轉(zhuǎn)目的地址的指令進(jìn)入CPU運(yùn)行，這個(gè)順序是程序規(guī)定的。所以對(duì)CPU而言，進(jìn)程總是按順序執(zhí)行。

　　進(jìn)程是一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行，同一個(gè)程序和同一個(gè)數(shù)據(jù)集的運(yùn)行結(jié)果必然是相同的。這就是可再現(xiàn)性。

　　同時(shí)執(zhí)行并不是真的同時(shí)，因?yàn)槿我粫r(shí)刻CPU中只能有一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行。

　　1、進(jìn)程的順序性：任何進(jìn)程在順序的處理器上的執(zhí)行是嚴(yán)格按照順序進(jìn)行的，這就是進(jìn)程的順序性。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占處理器順序執(zhí)行時(shí)，具有兩個(gè)特性：一、封閉性二、可再現(xiàn)性。

　　2、進(jìn)程的同時(shí)執(zhí)行：在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，一個(gè)進(jìn)程的工作沒(méi)有全部完成之前，另一個(gè)進(jìn)程就可以開(kāi)始工作，它們的執(zhí)行在時(shí)間上重迭的，我們把它們稱(chēng)為是“可同時(shí)執(zhí)行的”。

　　3、進(jìn)程的并發(fā)性：若系統(tǒng)中存在一組可同時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程，則說(shuō)該組進(jìn)程具有并發(fā)性，并把可同時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程稱(chēng)為“并發(fā)進(jìn)程”。

　　4、并發(fā)進(jìn)程間的關(guān)系：并發(fā)進(jìn)程相互之間可能是無(wú)關(guān)的，也可能是交往的。如果一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行不影響其他進(jìn)程的執(zhí)行，且與其他進(jìn)程的進(jìn)展情況無(wú)關(guān)，即它們是各自獨(dú)立的，則這些并發(fā)進(jìn)程相互之間是無(wú)關(guān)的。如果一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行依賴(lài)其他進(jìn)程的執(zhí)行，則這些并發(fā)進(jìn)程之間是有交往的。

　　二、與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤(簡(jiǎn)單應(yīng)用)

　　1、并發(fā)進(jìn)程的執(zhí)行速度取決于自身和進(jìn)程調(diào)度策略。一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)會(huì)被中斷，且斷點(diǎn)是不固定的，一個(gè)進(jìn)程被中斷后，哪個(gè)進(jìn)程可以運(yùn)行，被中斷的進(jìn)程什么時(shí)候占用處理器，是與進(jìn)程調(diào)度策略有關(guān)的。因此進(jìn)程的執(zhí)行速度不能由自己決定。

　　2、并發(fā)進(jìn)程交替使用共享資源時(shí)會(huì)出現(xiàn)與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。由于共享資源的原因，加上進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的隨機(jī)性，一個(gè)進(jìn)程對(duì)另一個(gè)進(jìn)程的影響是不可預(yù)測(cè)的。造成不正確的因素與進(jìn)程占用處理器的時(shí)間、執(zhí)行的速度以及外界的影響有關(guān)。因此被稱(chēng)為與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。

　　3、分析并發(fā)進(jìn)程中與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤，請(qǐng)理解教材上的例子。

　　三、相關(guān)臨界區(qū)(領(lǐng)會(huì))

　　1、臨界區(qū)的定義：并發(fā)進(jìn)程中與共享變量有關(guān)的程序段稱(chēng)為“臨界區(qū)”

　　2、什么是相關(guān)臨界區(qū)：相關(guān)臨界區(qū)是指并發(fā)進(jìn)程中涉及到相同變量的那些程序段。

　　3、對(duì)相關(guān)臨界區(qū)的管理要求。

　　1)一次最多讓一個(gè)進(jìn)程在臨界區(qū)執(zhí)行，當(dāng)有進(jìn)程在臨界區(qū)時(shí)其他想進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行的進(jìn)程必須等待。

　　2)任何一個(gè)進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行的進(jìn)程必須在有限的時(shí)間內(nèi)退出臨界區(qū)，即任何一個(gè)進(jìn)程都不應(yīng)該無(wú)限地逗留在自己的臨界區(qū)。

　　3)不能強(qiáng)迫一個(gè)進(jìn)程無(wú)限地等待進(jìn)入它的臨界區(qū)，即有進(jìn)程退出時(shí)應(yīng)讓一個(gè)等待進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程進(jìn)入它的臨界區(qū)。

　　四、進(jìn)程的互斥(綜合應(yīng)用)

　　1、進(jìn)程互斥的含義：進(jìn)程的互斥是指當(dāng)有若干進(jìn)程都要使用某一共享資源時(shí)，任何時(shí)刻最多只允許一個(gè)進(jìn)程去使用，其他要使用該資源的進(jìn)程必須等待，直到占用資源者釋放了該資源。　　PV操作是兩個(gè)過(guò)程，由他們兩個(gè)來(lái)控制一個(gè)信號(hào)S，假設(shè)S是紅燈的個(gè)數(shù)。

　　每個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)前都要先執(zhí)行P操作。退出臨界區(qū)時(shí)執(zhí)行V操作。用下面的比喻很容易理解：

　　臨界區(qū)門(mén)前有棵樹(shù)(S)

　　用來(lái)掛紅燈

　　進(jìn)程想進(jìn)CPU的門(mén)

　　先得上樹(shù)取盞燈(調(diào)用一次P操作)

　　取下一個(gè)去敲門(mén)(S=S-1)

　　如果樹(shù)上沒(méi)燈取(S≤0)

　　樹(shù)說(shuō)欠你一盞燈(S為負(fù)時(shí))

　　沒(méi)轍只好外邊排隊(duì)等(Wait(S))

　　得燈進(jìn)程續(xù)運(yùn)行

　　運(yùn)行完了要出門(mén)(調(diào)用一次V操作)

　　馬上還回一盞燈(S=S+1)

　　若有進(jìn)程在催債(S≤0)

　　放個(gè)進(jìn)去事完成(Release(S))

　　2、實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的工具――PV操作。

　　PV操作是由兩個(gè)操作，即P操作和V操作組成。P操作和V操作是兩個(gè)在信號(hào)量上進(jìn)行操作的過(guò)程。假定用S表示信號(hào)量則把這兩個(gè)過(guò)程記作P(S)和V(S)，它們的定義如下：ProcedueP(VarS：Semaphore);beginS：=S-1;ifS<0thenW(S)end;{P}ProcedueV(VarS：Semaphore);beginS：=S+1;ifS<=0thenR(S)end;{V}

　　為了確保PV操作自身的正確執(zhí)行，因此P(S)和V(S)操作中不可中斷，這種不可被中斷的過(guò)程稱(chēng)為“原語(yǔ)”。

　　3、用PV操作管理相關(guān)臨界區(qū)的一般形式

　　一個(gè)信號(hào)量與一組涉及共享變量的相關(guān)臨界區(qū)聯(lián)系起來(lái)，信號(hào)量的初值定為“1”

　　任何一個(gè)進(jìn)程要進(jìn)入臨界區(qū)前先調(diào)用P操作，執(zhí)行臨界區(qū)的操作后，退出臨界區(qū)時(shí)調(diào)用V操作。

　　由于信號(hào)量的初值為“1”，P操作起到了限制一次只有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的作用，其余進(jìn)程欲進(jìn)入臨界區(qū)必須符合對(duì)臨界區(qū)管理的第一個(gè)要求，即一次最多讓一個(gè)進(jìn)程在臨界區(qū)執(zhí)行。進(jìn)程退出后執(zhí)行V操作，若有進(jìn)程在等待則釋放一個(gè)進(jìn)程，這樣就達(dá)到了對(duì)臨界區(qū)管理的第二個(gè)和第三個(gè)要求(即不能無(wú)限逗留也不能無(wú)限等待)。

　　4、分析進(jìn)程互斥問(wèn)題并用PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥。

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