自考“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料（8）

　　本章考核知識點(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關(guān)，也可能是相關(guān)的。當(dāng)并發(fā)進(jìn)程競爭共享資源時(shí)會出現(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 ）

　　有人說，在程序中不是有跳轉(zhuǎn)語句和重復(fù)語句，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)程的工作沒有全部完成之前，另一個(gè)進(jìn)程就可以開始工作，它們的執(zhí)行在時(shí)間上重迭的，我們把它們稱為是“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)程相互之間是無關(guān)的。如果一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行依賴其他進(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)程對另一個(gè)進(jìn)程的影響是不可預(yù)測的。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，請理解教材上的例子。

　　三。相關(guān)臨界區(qū)（ 領(lǐng)會 ）

　　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)過程，由他們兩個(gè)來控制一個(gè)信號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)門前有棵樹（S）

　　用來掛紅燈

　　進(jìn)程想進(jìn)CPU的門

　　先得上樹取盞燈（調(diào)用一次P操作）

　　取下一個(gè)去敲門（S=S-1）

　　如果樹上沒燈?。⊿≤0）

　　樹說欠你一盞燈（S為負(fù)時(shí)）

　　沒轍只好外邊排隊(duì)等（ W ait （S））

　　得燈進(jìn)程續(xù)運(yùn)行

　　運(yùn)行完了要出門（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（ R elease （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)在信號量上進(jìn)行操作的過程。假定用S表示信號量則把這兩個(gè)過程記作P（S）和V（S），它們的定義如下： Procedue P（Var S： Semaphore）； begin S：=S-1； if S<0 then W（S） end； {P} Procedue V（Var S： Semaphore）； begin S：=S+1； if S<=0 then R（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 不可被中斷的過程稱為“原語 ”。

　　3、用PV操作管理相關(guān)臨界區(qū)的一般形式

　　一個(gè)信號量與一組涉及共享變量的相關(guān)臨界區(qū)聯(lián)系起來，信號量的初值定為“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)到了對臨界區(qū)管理的第二個(gè)和第三個(gè)要求（即不能無限逗留也不能無限等待）。

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