1.什么是进程同步
回顾:进程具有异步性的特征。异步性是指:各自并发执行的进程以各自独立的、不可预知的速度向前推进。
例子:进程通信 —- 管道通信
写进程往管道里写数据,读进程再从管道里读数据。读进程和写进程并发地运行,由于并发必然导致异步性,因此“写数据”和“读数据”两个操作执行的先后顺序是不确定的。而实际应用中,又必须按照**“写数据 → 读数据”的顺序来执行,如何解决这种一部问题,就是进程同步**所讨论的内容。
同步又称直接制约关系,它是指为完成某种任务而建立的两个或多个进程。这些进程因为需要在某些位置上协调他们的工作次序而产生的制约关系。进程间的直接制约关系就是源于它们之间的相互合作。操作系统需要提供一种**“进程同步机制”**来实现进程的同步执行需求。
2.什么是进程互斥
进程的“并发”需要“共享”的支持。各个并发执行的进程不可避免的需要共享一些系统资源(如内存,打印机和摄像头等 I/O 设备)
两种资源的共享方式
- 互斥共享方式:系统中的某些资源可以提供给多个进程使用,但一个时间段内只允许一个进程访问资源。
- 同时共享方式:系统中的某些资源,允许一个时间段内有多个进程“同时”对它们进行访问。
我们把一个时间段内只允许一个进程使用的资源称为临界资源,许多物理设备(如打印机,摄像头)都属于临界资源。此外还有许多变量、数据、内存缓冲区等都属于临界资源。
对临界资源的访问,必须互斥地进行。互斥,亦称间接制约关系。进程互斥指当一个进程访问某临界资源时,另一个想要访问该临界资源的进程必须等待。当访问临界资源的进程结束访问,释放该资源之后,另一个进程才能去访问临界资源。
对临界资源的互斥访问,可以在逻辑上分为如下四个部分:进入区,临界区,退出区和剩余区。
do{
/*
* 进入区,负责检查是否可进入临界区,若可以进入,则应设置 正在访问临界资源 的标志(可理 * 解为“上锁”),以阻止其他进程同时进入临界区。
*/
entry section;
/*
* 临界区,访问临界资源的那段代码
*/
circtical section;
/*
* 退出区,负责解除 正在访问临界资源 的标志(可理解为“解锁”)
*/
exit section;
/*
* 剩余区,作其他处理
*/
remainder section;
}while(true)
/*
* 注意:临界区是进程中访问临界资源的那段代码。进入区和退出去是负责实现互斥的代码段。临界 * 区亦可成为“临界段”
*/
如果一个进程暂时不能进入临界区,那么该进程是否应该一直占着处理机?该进程有没有可能一直进不了临界区?
为了实现对临界资源的互斥访问,同时保证系统整体性能,需要遵循以下原则:
- 空闲让进:临界区空闲时,可以允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区;
- 忙则等待:当已有进程进入临界区时,其他视图进入临界区的进程必须等待。
- 有限等待:对请求访问的进程,应当保证在有限的时间内进入临界区(保证不会饥饿)
- 让权等待:当进程不能进入临界区时,应立即释放处理机,防止进程忙等待(连续等待进入临界区占用大量处理机资源)。