进程管理（三）

进程互斥

定义：由于各进程要求使用共享资源，而这些资源具有排他性，各进程竞争使用这些资源，成为进程互斥。

 

竞争条件：两个或多个进程读写某些共享数据，而最后的结果取决于进程运行的精确时序。

 

临界资源：某些资源只允许一个进程使用。

 

临界区：进程对某个资源实施操作的程序片段。

 

忙等待：进程在得到临界区之前，持续测试而不做其他事。

 

一、进程互斥方案

  1、软件方案

         1.1、Dekker算法

引入turn变量。

首先设 int turn = 1；

1、当进程P与Q同时完成第5与25行的赋值后，同时进入循环执行。

2、此时判断turn的值，此时初值为1，Q进程进入临界区，P进程则等待。

3、当Q进程完成临界区代码后，将turn赋值为1并且qturn为false。若此时

P进程执行的话，将不会等待，跳出循环进入临界区执行。

4、此时进程互斥得到解决。按顺序执行了。

         1.2、Peterson算法（具有忙等待的缺点）

 

二、信号量及PV操作

信号量是一个特殊的变量，用于进程间传递信息的一个整数值。

 

pv操作针对进程互斥的实例：

1、假设p1、p2、p3同时需要访问共享数据。

2、当p1率先进入p(mutex)时，会使得count变为0，不小于0，所以会直接进入临界区。

3、此时如果p2、p3进入p(mutex)时，由于count已经小于0，所以会进入信号量的等待队列。

4、在p1执行完临界片段的代码后，count自增，发现还是小于0，所以会将等待队列里面的进程调度出来，使其变成就绪态，并插入到就绪队列。

 

三、信号量解决生产者、消费者问题

 

情况一、设此为一个有限缓冲区，并且初始状态下，缓冲区为空。

         若生产者首先执行，在执行P(&empty)的时候，empty的值不小于0，所以会直接进入临界区进行插入缓冲区操作。

    若消费者首先执行，在执行到P(&full)的时候，由于小于full--之后小于0，所以会进行等待操作（即将消费者进程进入等待队列中）。

 

情况二、设缓冲区存在数据，但为装满。

         若当生产者执行P(&empty)的时候，此时判断empty大于0，之后转入消费者执行，此时消费者的full也是大于0的，二者同时转入临界区执行。但这是禁止的。所以在临界区代码处增加了p(&mutex)语句。所以两个P操作是不能调换位置的。

 

四、信号量解决读者~写者问题

 

满足条件：

         1、允许多个读者同时执行读操作。

         2、不允许多个写者同时操作。

         3、不允许读者、写者同时操作。

 

 

实例：现在假设读者正在读数据，此时来个一个写者，只能挂起等待。之后又来了一个读者，则会让此读者直接进入读取。但是如果大量读者到来，会使得写者无法执行。为了避免这种行为，在一个读者到达的时候，如果发现前面有一个写者正在等待，则这个读者及之后的读者都会挂起等待。直到写者完成写的操作为止。代码如下：