操作系統(tǒng)教學(xué)中進(jìn)程同步控制模型的設(shè)計(jì)

1、操作系統(tǒng)教學(xué)中進(jìn)程同步控制模型的設(shè)計(jì)摘要操作系統(tǒng)課程中進(jìn)程的同步控制設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)，本文通過(guò)分析單向消費(fèi)消費(fèi)過(guò)程，提取出單向同步控制模型并進(jìn)展了模型拓展，模型成功運(yùn)用于實(shí)際問(wèn)題的解決，教學(xué)理論證明這個(gè)模型的可用性。模型的設(shè)計(jì)與使用，簡(jiǎn)化了學(xué)生對(duì)同步控制的理解和應(yīng)用過(guò)程，收到了很好的教學(xué)效果。關(guān)鍵詞進(jìn)程同步同步控制模型中圖分類(lèi)號(hào)：G40-034文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：ATheAppliatinfResearhStudyinTeahingPressSynhrnizatinntrlPANLin1,HEXueyun2,YANGhanghui3(1InstitutefandAutatin,PLAUNIVERSITY

2、FSIENEANDTEHNLGY,Nanjing,Jiangsu210007；2NanjingUniversityfpstsandTeleuniatins,Nanjing,Jiangsu210003；3hngqinUniversityfTehnlgy,hngqing400054)AbstratSynhrnizatinntrldesignisadiffiultyduringperatingsysteteahing.edistilltheunilateralissynhrnizatindelfrddprdutin-nsuptinurse,andreasningbidiretinaldel.Thed

3、elareexertedinpratieprble.Teahingpratieprvethedelsusability.Thedesiplifystudentsunderstandabilityandappliatin,andbringgdteahingeffet.Keyrdspresssynhrnizatin;synhrnizatinntrl;del0引言進(jìn)程同步控制的復(fù)雜性進(jìn)程同步，是指為完成共同任務(wù)的一組并發(fā)進(jìn)程，基于某個(gè)條件來(lái)協(xié)調(diào)它們的活動(dòng)順序，即一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行依賴(lài)于另一個(gè)進(jìn)程的消息或信號(hào)，進(jìn)程或者等待消息或信號(hào)，或者獲得消息或信號(hào)而繼續(xù)執(zhí)行。進(jìn)程的同步主要是采用信號(hào)量機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)同步控

4、制的。不同的同步問(wèn)題涉及的同步進(jìn)程數(shù)量是不同，而且同步的形式變化多樣，問(wèn)題描繪也往往比擬繁瑣。老師在教的過(guò)程中，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的方法可以簡(jiǎn)化同步控制的形式和過(guò)程，收到的效果很差；學(xué)生學(xué)習(xí)得很痛苦，解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)很茫然，常常覺(jué)得無(wú)從下手。1進(jìn)程同步控制根本模型的設(shè)計(jì)同步進(jìn)程之間的推進(jìn)順序是進(jìn)程之間的一組必然聯(lián)絡(luò)，那么如何才能平安、正確地實(shí)現(xiàn)這組必然的推進(jìn)順序呢？我們以經(jīng)典的消費(fèi)消費(fèi)問(wèn)題為根底，從其中抽取根本同步模型，在根本模型的根底上規(guī)律化進(jìn)程的同步控制。在面對(duì)各種各樣的進(jìn)程同步的問(wèn)題時(shí)，我們首先要分析并畫(huà)出其中的同步關(guān)系圖，然后利用根本同步模型，把同步關(guān)系圖轉(zhuǎn)換為詳細(xì)同步控制模型，即定義信號(hào)量和

5、安排同步控制，最后按照模型實(shí)現(xiàn)同步算法。1.1根本單向同步控制模型的抽取我們以典型的一次消費(fèi)和消費(fèi)過(guò)程來(lái)抽取根本同步模型。問(wèn)題描繪：消費(fèi)者把產(chǎn)品消費(fèi)出來(lái)，送入倉(cāng)庫(kù)。給消費(fèi)者發(fā)信號(hào)，消費(fèi)者得到信號(hào)后，到倉(cāng)庫(kù)取產(chǎn)品。這是一個(gè)單向同步問(wèn)題，從消費(fèi)到消費(fèi)的狀態(tài)變化如表1所示。表1單向消費(fèi)消費(fèi)狀態(tài)變化情況其同步推進(jìn)順序可以用圖1(a)表示：圖1(a)單向同步關(guān)系圖為確保消費(fèi)消費(fèi)推進(jìn)順序，需要用prdut表示是否有產(chǎn)品，PV操作來(lái)控制同步，狀態(tài)變化如表2所示。表2單向消費(fèi)消費(fèi)同步變化情況從表2可以抽取出根本單向同步控制模型，如圖1(b)。這個(gè)模型中，用有向邊表示同步關(guān)系，其方向就是同步進(jìn)程的推進(jìn)順序，傳送

6、一個(gè)信號(hào)量，其初始值為0，對(duì)的PV操作分散在兩個(gè)進(jìn)程中，且先V后P。圖1(b)根本單向同步控制模型圖1.2推導(dǎo)：根本雙向同步模型問(wèn)題描繪：屢次消費(fèi)消費(fèi)，這是一個(gè)雙向同步問(wèn)題，消費(fèi)者把產(chǎn)品消費(fèi)出來(lái)，送入倉(cāng)庫(kù)，給消費(fèi)者發(fā)信號(hào)；消費(fèi)者得到信號(hào)后，到倉(cāng)庫(kù)取產(chǎn)品，給消費(fèi)者發(fā)信號(hào)；循環(huán)往復(fù)。從消費(fèi)到消費(fèi)、再又從消費(fèi)回到消費(fèi)的狀態(tài)變化如表3所示。表3雙向消費(fèi)消費(fèi)狀態(tài)變化情況雙向同步推進(jìn)順序可用圖2(a)表示：圖2(a)雙向同步關(guān)系圖為實(shí)現(xiàn)雙向同步，需要用prdut表示是否有產(chǎn)品，r表示是否有空間，PV操作來(lái)控制同步，狀態(tài)變化如表4所示。表4雙向消費(fèi)消費(fèi)同步變化情況從表4可以抽取出根本雙向同步控制模型，如圖2

7、(b)。這個(gè)模型中，傳送一個(gè)信號(hào)量1初值為0和2初值為1，2初值必須為1以確保反向的同步。圖2(b)根本雙向同步控制模型圖2案例應(yīng)用2.1問(wèn)題描繪及分析問(wèn)題描繪：桌上有一空盤(pán)，最多可包容2個(gè)水果，但每次僅允許放入或者取出一個(gè)水果。爸爸專(zhuān)向盤(pán)中放蘋(píng)果，媽媽專(zhuān)向盤(pán)中放桔子，兩個(gè)兒子專(zhuān)等吃盤(pán)中的桔子，兩個(gè)女兒專(zhuān)等吃盤(pán)中的蘋(píng)果。用信號(hào)量和PV操作實(shí)現(xiàn)爸爸、媽媽、女兒、兒子間的同步。問(wèn)題分析：這是消費(fèi)消費(fèi)的一個(gè)變形，父親和女兒之間有一對(duì)雙向同步，母親和兒子之間也有一對(duì)雙向同步，盤(pán)子相當(dāng)于一個(gè)大小為2的緩沖區(qū)；但是這兩對(duì)雙向同步不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，因?yàn)橄薅看沃环呕蛉∫?，放或取的?dòng)作可以看作是臨界資源，需要進(jìn)展

8、互斥；其同步關(guān)系用圖3(a)表示：圖3(a)吃水果同步關(guān)系圖2.2構(gòu)建同步關(guān)系模型本同步問(wèn)題中，需要傳遞3個(gè)信號(hào)量分別表示r盤(pán)是否有橘子、a盤(pán)中是否有蘋(píng)果、e盤(pán)子是否空，初始值分別為r=0、a=0、e=2；其同步模型用圖2(b)表示：圖3(b)吃水果同步控制模型圖2.3同步控制算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在本問(wèn)題中，父親、母親、兒子、女兒之間，無(wú)論誰(shuí)從盤(pán)子中取或放水果，取或放的動(dòng)作是互斥的，因此，還需要一個(gè)互斥信號(hào)量utex,初始值為1。seaphree=2，r=0,a=0;seaphreutex=1;begin3總結(jié)在同步控制模型的分析設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們采用了研究性學(xué)習(xí)方法，向?qū)W生提出了構(gòu)建根本同步模型和應(yīng)用模型解決實(shí)際問(wèn)題的任務(wù)，由老師引導(dǎo)學(xué)生分析單向同步問(wèn)題，抽取根本同步模型并推導(dǎo)出雙向同步模型，最后由學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用同步模型解決實(shí)際問(wèn)題。這個(gè)模型的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了學(xué)生對(duì)進(jìn)程同步控制的理解，在實(shí)際同步問(wèn)題的應(yīng)用中設(shè)計(jì)思路更加明晰，課堂教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)，教學(xué)效果明顯。中國(guó)論文聯(lián)盟.Ll.注釋孫鐘秀等.操作系統(tǒng)教程(第4版).北京:高等教育出版社,2022:168.荷塔嫩鮑姆著.現(xiàn)代操作系統(tǒng)(第3版).北京