2[1].4__經(jīng)典進程的同步問題

2.4 經(jīng)典進程的同步問題,在多道程序環(huán)境下，進程同步問題十分重要，出現(xiàn)一系列經(jīng)典的進程同步問題，常被用于研究、設(shè)計與評價一個同步機制，同時為解決新的并發(fā)程序設(shè)計問題提供了重要的參考，其中代表性有： 生產(chǎn)者消費者問題 讀者寫者問題 哲學家進餐問題,作 業(yè),1、問題描述,描述了一組生產(chǎn)者向一組消費者提供產(chǎn)品，它們共享一個有界緩沖池，池中有n緩沖區(qū)，生產(chǎn)者向其中投放產(chǎn)品，消費者從中取得產(chǎn)品消費。 如圖所示。,P1 P2 pm,C1 C2 Cn,生產(chǎn)者,消費者,產(chǎn)品,有界緩沖池,某個生產(chǎn)者進程生產(chǎn)產(chǎn)品并放入緩沖區(qū), 生產(chǎn)一個產(chǎn)品 申請一個可放產(chǎn)品的空緩沖區(qū) 申請臨界資源（有界緩沖池）的使用 放產(chǎn)品到指定緩沖區(qū) 釋放臨界資源（有界緩沖池）的使用 釋放一個裝有產(chǎn)品的緩沖區(qū) ,某個某個消費者進程消費從緩沖區(qū)取產(chǎn)品并消費, 申請一個裝有產(chǎn)品的緩沖區(qū) 申請臨界資源（有界緩沖池）的使用 從指定緩沖區(qū)取出產(chǎn)品 釋放臨界資源（有界緩沖池）的使用 釋放一個空緩沖區(qū) 消費此產(chǎn)品 ,所需信號量、物理意義及初值 兩個同步信號量： empty：表示空緩沖區(qū)的數(shù)目，其初值為有界緩沖區(qū)的大小n。 Full： 表示裝有產(chǎn)品的緩沖區(qū)數(shù)目（即產(chǎn)品數(shù)），初值為0. 互斥信號量： Mutex: 表示互斥使用該有界緩沖池這一臨界資源，初值為1。 semaphore full=0; /*表示滿緩沖區(qū)的數(shù)目*/ semaphore empty=n; /*表示空緩沖區(qū)的數(shù)目*/ semaphore mutex=1; /*表示對有界緩沖池進行互斥操作*/, 生產(chǎn)一個產(chǎn)品; wait(empty); wait(mutex); 將一個產(chǎn)品送入緩沖區(qū)； signal(mutex); signal(full); ,Producer(i), wait(full); wait(mutex); 從緩沖區(qū)取走一個產(chǎn)品; signal(mutex); signal(empty); 消費一個產(chǎn)品； ,consumer(j),注意事項,1. 在進程的同步與互斥問題中， P,V操作必須成對出現(xiàn)，有一個P操作就一定有一個V操作。當為互斥操作時，它們同處于同一進程；當為同步操作時，則一定不在同一進程中出現(xiàn)。 思考：在生產(chǎn)者-消費者問題中，如果缺少了V(full)或V(empty)，對執(zhí)行結(jié)果將會有何影響？,“生產(chǎn)者-消費者”問題中應(yīng)注意,2.任意一對相鄰的P操作順序非常重要。在并發(fā)環(huán)境中，當進程既要同步又要互斥時，必須把互斥信號量的P操作放在同步信號量的P操作之后, 否則會引起進程死鎖.而兩個V操作的順序則無關(guān)緊要。 思考：在生產(chǎn)者-消費者問題中，如果將兩個P操作即P(empty)和P(mutex) 互換位置，或者將兩個V操作即V(mutex)和V(full)互換位置，結(jié)果會如何？,“生產(chǎn)者-消費者”問題中應(yīng)注意,3.生產(chǎn)者-消費者問題是操作系統(tǒng)和現(xiàn)實生活中許多相互合作進程的一個抽象模型。 思考：p69，28題,返回,2、“讀者寫者”問題,問題描述： 一個數(shù)據(jù)對象（數(shù)據(jù)文件或記錄）可被多個進程共享。其中，reader進程要求讀，writer 進程要求寫或修改。允許多個reader進程同時讀共享數(shù)據(jù)，但絕不允許一個writer進程與其它的reader進程或writer進程同時訪問，即writer進程必須與其它進程互斥訪問共享對象。,某個讀進程讀數(shù)據(jù), 申請修改計數(shù)變量Readcount 若為首位(Readcount=0)讀進程，申請對數(shù)據(jù)對象的讀權(quán)（與寫進程互斥） 修改計數(shù)變量Readcount（加1） 釋放計數(shù)變量Readcount的使用 讀數(shù)據(jù)對象 申請修改讀進程計數(shù)變量Readcount（臨界資源） 修改計數(shù)變量Readcount（減1） 若為末位(Readcount=0)讀進程，釋放對數(shù)據(jù)對象的讀權(quán)（與寫進程互斥） 釋放臨界資源（計數(shù)變量Readcount）的使用 , 申請對數(shù)據(jù)對象的寫權(quán)（與讀寫進程互斥） 寫數(shù)據(jù) 釋放對數(shù)據(jù)對象的寫權(quán)（與讀寫進程互斥） ,某個寫進程寫數(shù)據(jù),計數(shù)變量Readcount：記錄當前正在讀數(shù)據(jù)的讀進程數(shù)目， 讀互斥信號量Rmutex ：表示讀進程互斥地訪問計數(shù)變量 readcount，初值為1. 寫互斥信號量wmutex：表示寫進程與其它進程（讀、寫） 互斥地訪問數(shù)據(jù)，初值為1. semaphore Rmutex=1; semaphore wmutex=1; int readcount=0;,設(shè)置一個共享變量和兩個信號量,某個讀進程讀數(shù)據(jù), 申請修改計數(shù)變量Readcount 若為首位(Readcount=0)讀進程，申請對數(shù)據(jù)對象的讀權(quán)（與寫進程互斥） 修改計數(shù)變量Readcount（加1） 釋放計數(shù)變量Readcount的使用 讀數(shù)據(jù)對象 申請修改讀進程計數(shù)變量Readcount（臨界資源） 修改計數(shù)變量Readcount（減1） 若為末位(Readcount=0)讀進程，釋放對數(shù)據(jù)對象的讀權(quán)（與寫進程互斥） 釋放臨界資源（計數(shù)變量Readcount）的使用 ,Wait(Rmutex),Signal(Rmutex),Wait(Wmutex),Signal(Wmutex),Wait(Rmutex),Signal(Rmutex), 申請對數(shù)據(jù)對象的寫權(quán)（與讀寫進程互斥） 寫數(shù)據(jù) 釋放對數(shù)據(jù)對象的寫權(quán)（與讀寫進程互斥） ,某個寫進程寫數(shù)據(jù),Wait(Wmutex),Signal(Wmutex), wait(rmutex); if(readcount= =0) wait(wmutex);/*第一位讀者阻止寫者*/ readcount+; V(rmutex); 讀數(shù)據(jù)； wait(rmutex); re