1.前趨圖和程序執(zhí)行

1）前趨圖：

有向無循環(huán)圖 （關(guān)注的是前趨關(guān)系，不能有循環(huán)）

2）程序順序執(zhí)行的特征：

1.順序性 2.封閉性 3.可再現(xiàn)性

3）程序的并發(fā)執(zhí)行：

要符合前趨關(guān)系，并發(fā)不是隨意的

特征：1.間斷性? ?2.失去封閉性 3.不可再現(xiàn)性

2.進(jìn)程的描述

1）進(jìn)程的定義：

進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。

2）進(jìn)程的特征：

1.結(jié)構(gòu)性? 2. 動(dòng)態(tài)性? 3.并發(fā)性 4.獨(dú)立性 5.異步性

3）進(jìn)程的基本狀態(tài)：

1.就緒狀態(tài)? 2.執(zhí)行狀態(tài)? ?3.阻塞狀態(tài)

4）掛起操作原因：

（1）終端用戶的需要

（2）父進(jìn)程請(qǐng)求

（3）負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要

（4）操作系統(tǒng)的需要

5）進(jìn)程控制塊PCB

進(jìn)程實(shí)體：

代碼段+數(shù)據(jù)段+PCB

定義：

存放進(jìn)程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

作用：

（1）作為獨(dú)立運(yùn)行基本單位的標(biāo)志

（2）能實(shí)現(xiàn)間斷性運(yùn)行方式

（3）提供進(jìn)程管理所需要的信息

（4）提供進(jìn)程調(diào)度所需要的信息

（5）實(shí)現(xiàn)與其他進(jìn)程的同步與通信

PCB中的信息：

（1）進(jìn)程標(biāo)識(shí)等信息

（2）處理機(jī)狀態(tài)信息

（3）進(jìn)程調(diào)度信息

（4）進(jìn)程控制信息

PCB信息的存放：

常駐內(nèi)存的PCB區(qū)

采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：PCB結(jié)構(gòu)體，PCB鏈表或隊(duì)列

PCB的組織方式：

（1）線性方式 （2）鏈接方式 （3）索引方式

3.進(jìn)程控制

1）操作系統(tǒng)內(nèi)核：

支撐功能：

1.中斷處理? ?2.時(shí)鐘管理? ? 3.原語操作

資源管理功能：

1.進(jìn)程管理? ? ?2. 存儲(chǔ)器管理? ? ?3. 設(shè)備管理?

2）進(jìn)程的創(chuàng)建：（原語操作，不可被打斷）

（1） 申請(qǐng)空白PCB

（2）為新進(jìn)程分配其運(yùn)行所需的資源

（3）初始化進(jìn)程控制塊

（4）將新進(jìn)程插入到就緒隊(duì)列

3）進(jìn)程的終止：（原語操作，不可被打斷）

1.正常結(jié)束? ? 2.異常結(jié)束? 3.外界干預(yù)

4）進(jìn)程的阻塞

（1）向系統(tǒng)請(qǐng)求共享資源失敗

（2）等待某種操作的完成

（3）新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)

（4）等待新任務(wù)的到達(dá)

4.進(jìn)程同步

使并發(fā)執(zhí)行的諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。

1）進(jìn)程同步的兩種形式的制約關(guān)系：

間接相互制約關(guān)系

直接相互制約關(guān)系

2）訪問臨界資源的循環(huán)進(jìn)程：

while（true）

{

進(jìn)入?yún)^(qū)

臨界區(qū)

退出區(qū)

剩余區(qū)

}

3）同步機(jī)制應(yīng)遵循的原則：

（1）空閑讓進(jìn)：資源使用最基本原則

（2）忙則等待：保證互斥

（3）有限等待：合適時(shí)被喚醒防止死等

（4）讓權(quán)等待：能主動(dòng)釋放CPU防止死等

4）控制同步的關(guān)鍵？

不被打斷的進(jìn)行標(biāo)志值的判斷和修改

5）信號(hào)量機(jī)制

（1）整型信號(hào)量

1.信號(hào)量定義為一個(gè)整型量

2.根據(jù)初始情況賦相應(yīng)的值

3.僅能通過兩個(gè)原子操作來訪問

4.? P操作 ：

wait（s）:

while s<=0? do no-op;

s:=s-1;

V操作:

?signal(s):

s:s+1;

（2)記錄型信號(hào)量：

1.記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：整型變量value? ?進(jìn)程鏈表L

2.value>0,表示當(dāng)前可用資源的數(shù)量

value<=0,其絕對(duì)值表示等待使用該資源的進(jìn)程數(shù)，即在該信號(hào)量隊(duì)列上排隊(duì)的PCB的個(gè)數(shù)

3.P操作：

wait（）：

s.value()=s.value()-1；

if s.value（）<0 then block(s,L)

V操作:

signal():

s.value()=s.value()+1;

if s.value<=0 then wakeup(s,L)

（3)AND型信號(hào)量

設(shè)置互斥的信號(hào)量：Dmutex、Emutex，令它們的初值為1

（4）信號(hào)量集

（1）Swait(S,d,d）:此時(shí)在信號(hào)量集中只有一個(gè)信號(hào)量S，但允許它每次申請(qǐng)d個(gè)資源，當(dāng)現(xiàn)有資源數(shù)少于d時(shí)，不予分配

（2）Swait（S,1,1）:此時(shí)的信號(hào)量集已蛻化為一般的記錄型信號(hào)量（S>1時(shí)）或互斥信號(hào)量（S=1時(shí)）

（3）Swait（S,1,0）:這是一種很特殊且很有用的信號(hào)量操作。當(dāng)S>=1時(shí)，允許多個(gè)進(jìn)程進(jìn)入某特定區(qū)；當(dāng)S變?yōu)?后，將阻止任何進(jìn)程進(jìn)入特定區(qū)。換言之，它相當(dāng)于一個(gè)可控開關(guān)。

6）信號(hào)量的應(yīng)用

（1）實(shí)現(xiàn)有序

1.前趨關(guān)系

2.為每隊(duì)前趨關(guān)系設(shè)置一個(gè)同步信號(hào)量S，并賦初值為0

p1: C1;signal(s);

p2:wait(s);C2;

3.控制同步順序的注意點(diǎn)

①信號(hào)量值為0的點(diǎn)是限制的關(guān)鍵

②成對(duì)使用P、V原語（在有先后關(guān)系的兩個(gè)進(jìn)程中），不能次序錯(cuò)誤，重復(fù)或遺漏。

5.經(jīng)典進(jìn)程的同步問題

1）生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題

（1）無論生產(chǎn)者、消費(fèi)者使用緩沖池時(shí)應(yīng)保證互斥使用（互斥信號(hào)量mutex ）

（2）生產(chǎn)者和消費(fèi)者間交叉有序：

有序的控制最根源在產(chǎn)品數(shù)量上。

設(shè)置兩個(gè)信號(hào)量：分別針對(duì)生產(chǎn)者、消費(fèi)者設(shè)置不同的信號(hào)量，empty和full分別表示緩沖池中空緩沖池和滿緩沖池（即產(chǎn)品）的數(shù)量。

empty、full兩者有天然的數(shù)量關(guān)系，在PV控制下值不斷變化，但在值等于0的點(diǎn)上是控制順序的關(guān)鍵。

2）哲學(xué)家進(jìn)餐問題

（1）記錄型信號(hào)量解決就餐問題：

筷子是臨界資源，在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)哲學(xué)家使用。為實(shí)現(xiàn)對(duì)筷子的互斥使用，用一個(gè)信號(hào)量表示一只筷子，五個(gè)信號(hào)量構(gòu)成信號(hào)量數(shù)組。

? ? Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore;

? ? 所有信號(hào)量均被初始化為1。.

第i 位哲學(xué)家的活動(dòng)可描述為：

repeat

? ? ? ? ? wait(chopstick[ i ]);//當(dāng)哲學(xué)家饑餓時(shí)，總先拿起左邊的筷子，再拿起右邊的筷子

? ? ? ? ? wait(chopstick[ ( i +1) mod 5] );

? ? …

? ? eat;

? ? …

? ? ? ? ? signal(chopstick[ i ]);//當(dāng)哲學(xué)家饑餓時(shí)，總先拿起左邊的筷子，再拿起右邊的筷子

? ? ? ? ? signal(chopstick[ ( i +1) mod 5] );

? ? …

? ? think;

until? false;

(2)就餐死鎖問題

解決方法：

1.數(shù)量控制：至多只允許有四位哲學(xué)家同時(shí)去拿左邊的筷子，最終能保證至少有一位哲學(xué)家能夠進(jìn)餐，并在用畢后釋放出他用過的兩只筷子，從而使更多的哲學(xué)家能夠進(jìn)餐。

---限制并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程數(shù)

2.規(guī)定奇數(shù)號(hào)哲學(xué)家先拿他左邊的筷子，然后再去拿右邊的筷子；而偶數(shù)號(hào)哲學(xué)家則相反。按此規(guī)定，將是1、2號(hào)哲學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)1號(hào)筷子；3、4號(hào)哲學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)3號(hào)筷子。即5位哲學(xué)家都先競(jìng)爭(zhēng)奇數(shù)號(hào)筷子。獲得后，再去競(jìng)爭(zhēng)偶數(shù)號(hào)筷子。最后總會(huì)有一位哲學(xué)家能獲得兩只筷子而進(jìn)餐。

3.僅當(dāng)哲學(xué)家的左右兩只筷子均可用時(shí)，才允許他拿起筷子進(jìn)餐。

---采用AND信號(hào)量。

3）讀者-寫者問題

（1）利用記錄型信號(hào)量

為實(shí)現(xiàn)Reader與Writer進(jìn)程間在讀或?qū)憰r(shí)的互斥而設(shè)置了兩個(gè)互斥信號(hào)量wmutex和rmutex。另外，再設(shè)置一個(gè)整型變量readcount表示正在讀的進(jìn)程數(shù)目。

semaphore rmutex=1,wmutex=1;

int readcount=0;

void reader(){

do{

wait（rmutex）; //rmutex=0

if（readcount==0）wait(wmutex); //wmutex=0

readcount++;

signal(rmutex);

……

perform read operation；

……

wait（rmutex）;

readcount--;

if（readcount==0）signal(wmutex);

signal(rmutex);

}while（TRUE）；

}

(2)利用信號(hào)量集

6.管程機(jī)制

（把信號(hào)量及其操作原語“封裝”在一個(gè)對(duì)象內(nèi)部）

1）信號(hào)量機(jī)制的不足：

（1）正確性分析困難

（2）分散的P、V操作：易出錯(cuò)，使用不當(dāng)可能導(dǎo)致死鎖

（3）修改、維護(hù)困難：易讀性差，任一修改都可能影響全局；測(cè)試期間發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤困難，即使發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤也不容易定位出錯(cuò)位置。

2）管程的組成

（1）一組局部變量

（2）對(duì)局部變量操作的一組過程

（3）對(duì)局部變量進(jìn)行初始化的語句。（聯(lián)想面向?qū)ο笾械念悾?/p>