第六講 進(jìn)程同步

進(jìn)程的同步院(系):計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院操作系統(tǒng)實驗實驗安排序號實驗項目名稱實驗學(xué)時實驗要求完成要求1實驗環(huán)境的使用2熟悉操作系統(tǒng)集成實驗環(huán)境OSLab的基本使用方法。必做2操作系統(tǒng)的啟動6了解操作系統(tǒng)的啟動過程。必做3進(jìn)程的創(chuàng)建6掌握創(chuàng)建進(jìn)程的方法，理解進(jìn)程和程序的區(qū)別；了解進(jìn)程的創(chuàng)建過程，理解進(jìn)程是資源的分配單位。必做本次進(jìn)程的同步4理解進(jìn)程同步的意義；理解進(jìn)程同步的原理。

選做5物理存儲器與進(jìn)程邏輯地址空間的管理6掌握進(jìn)程邏輯地址空間的管理方法，掌握物理存儲器的管理方法。必做6磁盤調(diào)度算法8掌握磁盤調(diào)度算法執(zhí)行的條件和時機，了解常用的磁盤調(diào)度算法，加深對各種掃描算法的理解。必做主要內(nèi)容1.實驗?zāi)康?.概念回顧3.EOS內(nèi)核提供的同步對象4.EOS應(yīng)用項目中創(chuàng)建線程5.Main函數(shù)流程圖6.Producer函數(shù)流程圖7.Consumer函數(shù)流程圖1.實驗?zāi)康氖褂肊OS的信號量編程解決生產(chǎn)者—消費者問題，理解進(jìn)程同步的意義。調(diào)試跟蹤EOS的信號量的工作過程，理解進(jìn)程同步的原理。修改EOS的信號量算法，使之支持等待超時喚醒功能（有限等待），加深理解進(jìn)程同步的原理。2.概念回顧多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程可以同時訪問的硬件資源（打印機、磁帶機）和軟件資源（共享內(nèi)存）都是臨界資源。一次僅允許一個進(jìn)程使用的資源系統(tǒng)中許多硬件如打印機等，諸進(jìn)程之間只能用互斥的方式進(jìn)行訪問每個進(jìn)程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)（CriticalSection）。

Lockmutexandentercriticalsection

Criticalsection

Releasemutexandexitcriticalsection2.1臨界資源和臨界區(qū)Page62/5/2023臨界區(qū)（criticalsection）不論是硬件臨界資源還是軟件臨界資源，多個進(jìn)程必須互斥地對它進(jìn)行訪問在每個進(jìn)程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)(criticalsection)每個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)之前應(yīng)先對欲訪問的臨界資源進(jìn)行檢查，看是否正在被訪問。如果此刻該臨界資源未被訪問，該進(jìn)程可進(jìn)入臨界區(qū)，并設(shè)置它正在被訪問的標(biāo)志，在臨界區(qū)之前執(zhí)行的這段代碼稱為進(jìn)入?yún)^(qū)（entrysection）在臨界區(qū)之后也要加上一段代碼，用于將臨界區(qū)被訪問的標(biāo)志恢復(fù)為未被訪問的標(biāo)志，稱為退出區(qū)（exitsection）2.2進(jìn)程的同步進(jìn)程同步的主要任務(wù)是使并發(fā)執(zhí)行的各進(jìn)程之間能有效的共享資源和相互合作?；コ猓∕utex）

信號量（Semophore）

事件（Event）生產(chǎn)者－消費者問題

讀者－寫者問題

哲學(xué)家進(jìn)餐問題2.3生產(chǎn)者－消費者問題有一群生產(chǎn)者進(jìn)程在生產(chǎn)某種產(chǎn)品，并將此產(chǎn)品提供給一群消費者進(jìn)程去消費。為使生產(chǎn)者進(jìn)程和消費者進(jìn)程能并發(fā)執(zhí)行，在他們之間設(shè)置了一個具有n個緩沖區(qū)的緩沖池，生產(chǎn)者進(jìn)程可以將它生產(chǎn)的一個產(chǎn)品放入一個緩沖區(qū)中，消費者進(jìn)程可以從一個緩沖區(qū)中取得一個產(chǎn)品消費。盡管所有的生產(chǎn)者進(jìn)程和消費者進(jìn)程都是以異步方式運行的，但它們之間必須保持同步，即不允許消費者進(jìn)程到一個空緩沖區(qū)去取產(chǎn)品，也不允許生產(chǎn)者進(jìn)程向一個已經(jīng)裝有產(chǎn)品的緩沖區(qū)中放入產(chǎn)品。3.EOS內(nèi)核提供的同步對象互斥（Mutex）對象信號量（Semaphore）對象事件（Event）對象進(jìn)程對象和線程對象3.1EOS內(nèi)核提供了唯一的API函數(shù)用于各種同步對象的等待操作ULONGWaitForSingleObject(//P操作 HANDLEHandle,//同步對象句柄 ULONGMilliseconds//超時的時間);

當(dāng)?shù)却龑ο驢andle無效時，等待不返回。當(dāng)?shù)却龑ο驢andle有效時，返回成功。在等待過程中對象一直無效，超過Milliseconds時間，返回WAIT_TIMEOUT。3.2Mutex對象typedefstruct_MUTEX{ PVOIDOwnerThread;//當(dāng)前擁有Mutex的線程指針

ULONGRecursionCount;//遞歸擁有Mutex的計數(shù)器

LIST_ENTRYWaitListHead;//等待隊列}MUTEX,*PMUTEX;HANDLECreateMutex(//創(chuàng)建Mutex對象 BOOLInitialOwner,//FALSE表示創(chuàng)建Mutex對象無持有對象，TRUE表示當(dāng) 前線程持有 PCSTRName//名稱，一般為NULL，表示匿名);

BOOLReleaseMutex(//釋放Mutex對象，V操作 HANDLEHandle);3.3Semaphore對象typedefstruct_SEMAPHORE{ LONGCount; //信號量的整形值

LONGMaximumCount; //允許最大值

LIST_ENTRYWaitListHead; //等待隊列}SEMAPHORE,*PSEMAPHORE;HANDLECreateSemaphore(//創(chuàng)建Semaphore對象 LONGInitialCount,//初始資源數(shù) LONGMaximumCount,//最大資源數(shù) PCSTRName//名稱，一般為NULL，表示匿名);BOOLReleaseSemaphore(//釋放，V操作 HANDLEHandle,//句柄 LONGReleaseCount,//一次增加幾個 PLONGPreviousCount//返回值);3.4Event對象typedefstruct_EVENT{ BOOLIsManual; //是否手動類型事件

BOOLIsSignaled; //是否處于Signaled狀態(tài)

LIST_ENTRYWaitListHead; //等待隊列}EVENT,*PEVENT;HANDLECreateEvent( BOOLManualReset, BOOLInitialState, PCSTRName);BOOLSetEvent( HANDLEHandle);BOOLResetEvent( HANDLEHandle,);4.在EOS應(yīng)用項目中創(chuàng)建線程HANDLECreateThread(SIZE_TStackSize,//棧大小，一般是0PTHREAD_START_ROUTINEStartAddr,//函數(shù)指針//函數(shù)的入口地址PVOIDThreadParam,//參數(shù)ULONGCreateFlags,//沒用，0PULONGThreadId//返回線程的ID);

typedefULONG(*PTHREAD_START_ROUTINE)(PVOIDThreadParameter);//返回0，成功，返回非0失敗。5.Main函數(shù)流程圖6.Producer函數(shù)流程圖7.Consumer函數(shù)流程圖第六講進(jìn)程的同步在實驗報告中至少包括下列問題及其回答：P143，生產(chǎn)者在生產(chǎn)了13號產(chǎn)品后本來要繼續(xù)生產(chǎn)14號產(chǎn)品，可此時生產(chǎn)者為什么必須等待消費者消費了4號產(chǎn)品后，才能生產(chǎn)14號產(chǎn)品呢？生產(chǎn)者和消費者是怎樣使用同步對象來實現(xiàn)該同步過程的呢？P145-3.4修改EOS的信號量算法(只看一次消費1個產(chǎn)品的，一次消費2個產(chǎn)品的可以寫到實驗報告中)P147-四、思考與練習(xí)-2.繪制ps/semaphore.c文件內(nèi)PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函數(shù)的流程圖。檢查的時候只檢查第2個問題,第1、3主要在實驗報告中看如果本次進(jìn)程同步實驗完成，需要上交本次上機運行的源程序和.OUD文件。登錄時必須輸入真實的學(xué)號和姓名，否則后果自負(fù)。要求：文件夾(命名：學(xué)號+姓名),文件夾