嵌入式系統(tǒng)教學：操作系統(tǒng)4-同步ppt課件

1、進程管理進程同步 定義：我們把在異步環(huán)境下的一組并發(fā)進定義：我們把在異步環(huán)境下的一組并發(fā)進程因直接制約，相互發(fā)送音訊，并進展相互協(xié)程因直接制約，相互發(fā)送音訊，并進展相互協(xié)作、相互等待，使得各進程按一定的速度執(zhí)行作、相互等待，使得各進程按一定的速度執(zhí)行的過程稱為進程間的同步。的過程稱為進程間的同步。 具有同步關(guān)系的一組并發(fā)進程稱為協(xié)作進具有同步關(guān)系的一組并發(fā)進程稱為協(xié)作進程；協(xié)作進程間相互發(fā)送的信號稱為音訊或事程；協(xié)作進程間相互發(fā)送的信號稱為音訊或事件。件。 同步的概念進程同步進程同步 例：計算進程和打印進程公用同一緩沖區(qū)例：計算進程和打印進程公用同一緩沖區(qū)BufBuf。 PC( PC(計算計算

2、) PP) PP打印打印 A:local Buf B:local Pri A:local Buf B:local PriRepeat RepeatRepeat Repeat Buf Buf Pri Buf Buf Buf Pri BufUntil Buf=Until Buf=空計算空計算Until Pri Until Pri 空空得到計算結(jié)果得到計算結(jié)果打印打印BufBuf中數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)Buf Buf 計算結(jié)果計算結(jié)果 去除去除BufBuf中數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)Goto A Goto A Goto B Goto B進程同步進程同步 問題：浪費CPU時間。 采用音訊的方法實現(xiàn)直接制約(同步)： 設過程Wai

3、t(過程名)表示進程等待協(xié)作進程發(fā)來音訊。 過程signal(音訊名)表示向協(xié)作進程發(fā)送音訊。 設音訊名Bufempty表示Buf空，設音訊名Buffull表示Buf滿裝滿數(shù)據(jù)。 初始化：Bufempty=true，Buffull=false 進程同步進程同步Pc PpA:wait(Bufempty) B:wait(Buffull) 計算 打印Buf中的數(shù)據(jù) Buf 計算結(jié)果 去除Buf中的數(shù)據(jù) Bufempty false Buffull false Signal(Buffull) signal(Bufempty) Goto A Goto B進程同步進程同步 私用有信號量私用有信號量 把各進

4、程間發(fā)送的音訊作為信號量對待，把各進程間發(fā)送的音訊作為信號量對待，這種信號量只與制約進程和被制約進程有關(guān)，這種信號量只與制約進程和被制約進程有關(guān)，但不與整組并發(fā)進程有關(guān)，這種信號量稱為但不與整組并發(fā)進程有關(guān)，這種信號量稱為私用信號量私用信號量Private SemaphorePrivate Semaphore。 與私用信號量相對應，我們稱進程互斥時與私用信號量相對應，我們稱進程互斥時運用的信號量為公用信號量。運用的信號量為公用信號量。進程同步進程同步 用用P P、V V原語操作實現(xiàn)進程的直接制約原語操作實現(xiàn)進程的直接制約( (同步同步) ) 例子：設進程和經(jīng)過緩沖區(qū)隊列傳送數(shù)據(jù)如圖例子：設進程

5、和經(jīng)過緩沖區(qū)隊列傳送數(shù)據(jù)如圖3.133.13, PA, PA為發(fā)送進程，為發(fā)送進程，PBPB為接納進程；為接納進程；PAPA發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)時調(diào)用發(fā)送過程時調(diào)用發(fā)送過程deposit(data)deposit(data)，PBPB接納數(shù)據(jù)時調(diào)用過接納數(shù)據(jù)時調(diào)用過程程remove(data)remove(data)。且數(shù)據(jù)的發(fā)送與接納過程滿足如下。且數(shù)據(jù)的發(fā)送與接納過程滿足如下條件：條件： 1 1在在PAPA至少送一塊數(shù)據(jù)入一個緩沖區(qū)之前，至少送一塊數(shù)據(jù)入一個緩沖區(qū)之前，PBPB不能不能夠從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)假定數(shù)據(jù)塊長等于緩沖區(qū)長夠從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)假定數(shù)據(jù)塊長等于緩沖區(qū)長度。度。進程同步進程同

6、步 2PA往緩沖隊列發(fā)送數(shù)據(jù)時，至少有一個緩沖區(qū)是空的； 3由PA發(fā)送的數(shù)據(jù)塊在緩沖隊列中按先進先出FIFO方式陳列。 PA Buff1 buff2 buff3 . Buffn PB進程同步進程同步 我們按如下三步描畫過程deposit(data)和 remove (data) 1設Buf-empty為進程PA的私用信號量，表示緩沖區(qū)能否有空；Buf-full為進程PB的私用信號量，表示緩沖區(qū)能否有數(shù)可?。?2Buf-empty的初始值為n (n為緩沖隊列的緩沖區(qū)個數(shù))，Buf-full的初始值為0;進程同步進程同步 3) 算法描畫如下： PA： deposit(data) Begin loc

7、al x; P(Buf-empty); 按FIFO方式選擇一個空緩沖區(qū)Buf(x); Buf(x) data； Buf(x)置滿標志； V(Buf-full); End.進程同步進程同步 PB PB： remove(data) remove(data) Begin local x; Begin local x; P(Buf-full); P(Buf-full); 按按FIFOFIFO方式選擇一個裝方式選擇一個裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)Buf(x);Buf(x); data Buf(x); data Buf(x); Buf(x) Buf(x)置空標志；置空標志； V(Buf-empty);

8、V(Buf-empty); End. End.進程同步進程同步 這里，部分變量x用來指明緩沖區(qū)的區(qū)號；給Buf(x)置標志位是為了便于區(qū)別和搜索空緩沖區(qū)與非空緩沖區(qū)。 比較互斥與同步的兩個例子：互斥 同步設置信號量S公用 設置信號量S1，S2 私用信號量初值S=1 信號量初值S1=n.， S2=0。 進程同步進程同步 算法描畫： P1 P1 Begin begin P(S) P(S1) 臨界資源 送數(shù) VS VS2 End End進程同步進程同步 P2 P2 P2 P2 Begin begin Begin begin P(S) P(S2) P(S) P(S2) 臨界資源臨界資源 取數(shù)取數(shù) V

9、VS S V VS1S1 End End End End進程同步進程同步 示圖： P1、P2 P1 P2 PS P(S1) P(S2) 臨界區(qū) 送數(shù) 取數(shù) VS VS2 VS1 進程同步進程同步 消 費 者 消 費 者 問 題 P r o d u c e r Consumer Problems 我們把系統(tǒng)中運用某一類資源的進程稱為該資源的消費者，把釋放同類資源的進程稱為該資源的消費者。 多個消費者 多個消費者P1 多個緩沖區(qū) C1P2 1 2 . n C2 Pn Cn進程同步進程同步設消費者進程和消費者進程是等效的，設消費者進程和消費者進程是等效的，其 中 ， 各 消 費 者 進 程 運 用

10、的 過 程其 中 ， 各 消 費 者 進 程 運 用 的 過 程deposit(data)deposit(data)和各消費者運用的過程和各消費者運用的過程remove( data)remove( data)可描畫如下：可描畫如下：首先，我們可以看到消費者首先，我們可以看到消費者消費者問消費者問題是一個同步問題，即消費者和消費者之題是一個同步問題，即消費者和消費者之間滿足如下條件：間滿足如下條件：進程同步進程同步1消費者想接納數(shù)據(jù)時，有界緩沖區(qū)中至少有一個單元是滿的。2消費者想發(fā)送數(shù)據(jù)時，有界緩沖區(qū)中至少有一個單元是空的。另外，由于有界緩沖區(qū)是臨界資源，因此，各消費者進程和各消費者進程之間必需互斥執(zhí)行，即在一個時辰，只需一個進程運用緩沖區(qū)。進程同步進程同步下面是多個消費者、多個消費者、多個緩沖區(qū)的問題：設置信號量： mutex：公用信號量，表示消費者進程與消費者進程的互斥信號量； avail：消費者進程的私用信號量，其值表示有界緩沖區(qū)中的空單元數(shù)目緩沖區(qū)空的個數(shù)； 進程同步進程同步 full：消費者進程的私用信號量，其值表示有界緩沖區(qū)中的非空單元數(shù)目緩沖區(qū)滿的個數(shù)。 給信號量賦初值