1、第八讲 同步与互斥实现方法,目的与要求：理解互斥问题的硬件实现方法；掌握信号量机制及使用它解决进程同步互斥问题的方法。 重点与难点：信号量实现与应用。 作业：4，6, 11,4.2.2实现临界段的硬件方法,利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁 常见硬件指令有: 1.屏蔽中断 举例存取balance： ParbeginA(amount)disableInterrupt();R1=balance;R2=amount;R1=R1+R2;balance=R1;enableInterrupt(); ;,B(amount) disableInterrupt();R1=balance;R2=amount;
2、R1=R1-R2;balance=R1;enableInterrupt(); ; Parend;,2、“Test_and_Set”指令。 该指令功能描述为： boolean Test_and_Set（boolean ,设Lock为全局布尔变量（初值为false），利用Test&Set指令，即可实现对临界区的加锁与解锁：,“test&set” 指令实现互斥汇编实例：T&S Ri,Aj （将(Aj)地址所指内存单元内容读到Ri寄存器中,同时将1置入Aj所指的内存单元中）设Lock为临界段锁变量，则安排如下指令，即可实现加锁与解锁：*,临界段,非临界段,A1 (如果R1=1则转 Loop ),A1
3、=(0置Lock内存单元),3、“Swap”指令。 该指令功能描述为： void Swap（boolean &a, boolean &b） boolean temp=a；a = b；b = temp；,设Lock为全局布尔变量（初值为false），每个进程设一个局部布尔变量Key。利用Swap指令，可实现对临界区的加锁与解锁。,do key = true;while(key=ture)Swap (lock, key);critical section;lock = false;non-critical section while(1);,4.2.3 信号量,信号量机制：“信号量”、“P、V操作
4、”。信号量S为一整型变量：P(S): While S0 ；空操作S = S-1 ；V（S）：S = S1；P、V操作是两条原语，即保证P、V操作对变量S的访问是互斥操作。,一. 原语概念与实现 原语：指完成某种功能且不被分割或不被逻辑上中断执行的操作序列。 原语可通过硬件实现不可中断性；或通过实现临界段的元方法达到不被逻辑上中断。 实现临界段的元方法: 屏蔽中断(只用于单机) 加硬锁。,下面我们用屏蔽中断方法实现P（s）和V（s）的原子性。P（s）disableInterrupt(); while （s0） enableInterrupt();disableInterrupt(); ；s =
5、s - 1；enableInterrupt();V（s）disableInterrupt(); s = s +1；enableInterrupt();,二、信号量的应用(互斥与同步)互斥：用于n个进程的临界段互斥，n进程共享一个信号量mutex,初值为1，任一进程Pi的结构为：,P(mutex),V(mutex),临界段,非临界段,do,while（1）,同步：有P1、P2 两进程，必须在P1执行完S1语句后，P2才能执行S2。需同步的两进程共享信号量synch，初值为0。,Parbegin,P2(): ,P1(): ,S1;,V(synch);,;,P(synch);,S2;,;,Paren
6、d;,请同学们用并行语句和PV操作描述,操作系统实现信号量时与进程调度相结合，消除忙等待现象。原则是：在P操作循环等待的地方加入放弃处理机/挂入等待队列动作，在V操作时，从等待队列中摘取进程变为就绪态。 （P、V原语本身的互斥操作通过屏敝中断或为信号量加硬锁实现）,三.信号量的具体实现,1、信号量定义typedef structint value；struct process *L;semaphore； 2、P操作P(S):S.Value=S.value 1;If S.value0 then 保存现场，将本进程挂入S.L队列，重新调度。 3、V操作V（S):S.value:=value+1If
7、 S.value 0 then 从S.L队列取一进程，挂入就绪队列。,举例：用两个进程实现共享数组data1000累加,答： （1）设置共享变量：sum=0，i0，data1000 定义一个互斥信号量mutex，初值1 进程A： for(; ;) P(mutex); if(i1000) break; sum+=datai; i+; V(mutex); printf(“sum=%dn”,sum);进程B： for(; ;) P(mutex); if(i1000) break; sum+=datai; i+; V(mutex); ,（2）设置共享变量：sum1=0,sum2=0,data1000 定义一个同步信号量sync，初值0 进程A：int i; for(i=0; i500; i+) sum1+=datai; P(sync); sum1+=sum2; printf(“sum=%dn”,sum1);进程B： int j for(j=500; j1000; j+) sum2+=dataj; V(sync);,4.2.4管程基本思路：共享资源用共享数据结构表示，把分散的临界段集中于管程中，管程中的临界程序一次只允许一个进程调用。 管程主要构成：共享数据结构；对共享结构操作的一组函数；对数据结构的初始化程序,
