1、第九讲 进程同步与通讯,目的与要求：掌握信号量解决进程同步互斥问题的方法；掌握进程通信的基本实现方法。 重点与难点：信号量的典型应用，通讯实现。 作业：13，14，15,4.2.4 进程同步与互斥举例一、有限缓冲区问题问题描述：设有n个缓冲区，一组生产者进程往缓冲区写数据，一组消费者进程从缓冲区取数据，写取以一个缓冲区为单位。说明：将缓冲池看作是共享数据，对缓冲区的 操作必须是互斥操作。如果n个缓冲区全满，生产者进程必须等待。如果缓冲区全空，消费者进程必须等待。,有限缓冲区的生产者/消费者问题（生产者和消费者共享一个产品缓冲池）,共享N个缓冲区,P1 P2 Pm C1 C2 Cn,生产者,消费
2、者,缓冲池,解：设置以下信号量 mutex,初值为1，控制互斥访问缓冲池。 full,初值为0，表示当前缓冲池中满缓冲区数。 empty,初值为n，表示当前缓冲池中空缓冲区数。有限缓冲区生产者/消费者进程描述如下：item表示消息数据类型；semaphor full,empty,mutex;item nextp,nextc;置初值full=0; empty=n; mutex=1;,P(empty);P(mutex);get a empty bufferi;bufferi =next;add bufferi to full buffer queue;V(full); V(mutex);while
3、(1),Producer（）: doproduce an item in nextp;.,consume the item in nextc;while(1),consumer():doP(full);P(mutex);get a buffer from full buffer queue;nextc=bufferiput bufferi back to empty queue;V(empty);V(mutex);,若存在一共享数据A，那些对它进行读访问者叫Reader，对它进行写访问者叫做Writer。第一类Reader/ Writer问题：Reader和Writer争夺访问共享数据A时，R
4、eader有较高优先数。表现在：除了某个Writer正在访问数据之外，任何情况下Reader欲访问数据均可以直接进行访问。,二、Readers/Writers问题,该问题可具体描述为： 1、如果当前无人访问数据，则Reader/ Writer欲访问即可访问。 2、如果已存在一个Reader正在访问数据，其它欲访问Reader可马上访问（这体现Reader有较高优先权）；而欲访问的Writer必须等待。 3、若某个Writer正访问数据，则欲访问的Reader/ Writer都必须等待。,（续） 4、当最后一个结束访问数据的Reader发现有Writer正在等待时，则将其中一个唤醒。 5、当某个
5、Writer结束访问时，若只有Writer在等待，则唤醒某个Writer，若既有Writer也有Reader；则按FIFO或某它原则唤醒一个Writer或所有Reader。,Reader的一般结构为：P(mutex)；readcount=readcount+1;If (readcount=1) P(wrt);V(mutex)；读数据AP（mutex）；readcount= readcount-1;If (readcount=0) V(wrt);V(mutex);,Writer的一般结构：P（wrt）;写数据AV（wrt）;,三、哲学家就餐问题问题描述：五个哲学家五只筷子，哲学家循环做着思考和吃
6、饭的动作，吃饭程序是：先取左边筷子，再取右边筷子，再吃饭，再放筷子。,实现：为每个筷子设一把锁（信号量，初值为1）每个哲学家是一个进程。共享数据结构为 semaphore chopstick5；第i个进程描述为(i=0, ,4) do P（chopsticki）； / 取左边筷子; P（chopstick(i+1)% 5）； / 取右边筷子; eat / 放左边筷子; V（chopsticki）； / 放右边筷子; V（chopstick(i+1) %5）； think while(1)；,(这可能导致死锁),4.3 消息传递原理两种基本进程通讯方法： 1、共享存储（Shared-memory
7、）：相互通讯的进程有共享存储区.进程间可以通过直接读写共享存储区的变量来交互数据，同步与互斥在并发程序设计时安排进入程序。操作系统提供这样的共享存储区及某些同步互斥工具。 2、消息传递(message-passing)：若进程间无共享空间，则必须通过消息传递通讯，且必须通过操作系统系统调用实现。,消息传递系统调用语句的一般形式: 发送消息：Send(destination, 接收消息：Receive(source,&message)。一.消息传递方法 1、直接通讯法 基本思想：进程在发送和接收消息时直接指明接收者或发送者进程ID。 缺点：必须指定接收进程ID。（UNIX的信号机制类似这种形式）
8、,4.3.1消息传递通讯原理,举例：（UNIX中两进程利用信号通讯）。 Process A kill(1040, SIGUSR1); #向1040号进程发送 一个SIGUSR1信号。Process B Signal(SIGUSR1,func);#当收到SIGUSR1信号时，就执行func(),如果SIGUSR1信号未到，则系统登记func函数，待其信号到时再调用执行。,2、间接通讯法（信箱命名法 基本思想：系统为每个信箱设一个消息队列，消息发送和接收都指向该消息队列，（每个进程可以对消息队列发送并接收/只发送/只接收)缺点：必须有一个通讯双方共享的一个逻辑消息队列，（UNIX的PIPE，FIF
9、O及IPC消息传递机制都属于这种形式）使用时消息发送者约定写方式打开信箱,消息接受者约定读方式打开信箱或同时读写打开。 优点：很容易建立双向通讯链(只要对信箱说明为读写打开)。,逻辑通讯链容量:在通讯发送者和接收者之间存在一条逻辑通讯链，设链的容量是指该链暂存消息的能力。 有限容量，表示链中有有限缓冲区、发送者不必等接收者发出接收请求，不必等接收者准备好接收缓冲区，即可将消息存于通讯链中的缓冲区中。 消息从发送方缓冲进入系统缓冲区，即可再次发新消息，无需等上一消息被完全接收。,二.消息缓冲与同步,发送者执行send()的同步问题：1、将发送者消息拷入通讯链缓冲区即将控制返回发送者。 2、在将消
10、息从硬通讯通道发出后将控制返回发送者。 3、在消息由接收方节点的系统收到后再将控制返回发送者。 4、在消息由接收方收到后再将控制返回发送者。 5、在消息由接收方处理完后再将控制返回发送者（RPC，LPC）。 为实现3，4情形同步需要建立回送到发送者所在系统的通讯链，5情形需要建立回送到发送者的通讯链。,4.3.2 进程消息传递通讯示例 直接通讯消息系统，两个基本操作为， send(&A)：&A指向含接收者pid和消息正文的空间。 Receive(&A)：&A指向缓冲区用于接收消息，该系统调用函数返回值是消息发送者pid。,实现：系统有一空闲缓冲池，每个进程有一个消息缓冲队列。缓冲区用于存放消息
11、及消息发送者pid和消息链指针(用pid定位进程PCB表)。,Senders pid,消息正文,消息链指针,消息缓冲区,每个进程的消息队列存放发送给该进程的消息，队列头存于PCB中，同时在PCB中设一互斥信号量mutex(初值为1)和信号量Sm（初值为0），Sm用于记录消息队列中的消息数。,.,mutex,Sm,.,Senders pid,text,Senders pid,text,Receivers PCB message message,Hptr,Send(&A): New(&p)；从缓冲池得一个buffer.置senders pid；将A中消息送buffer p；获得A中Receivers pid；P(mutex)；将buffer p挂入相应的消息队列；V(Sm)；V(mutex)；,Receive(&A)：P(Sm)；P(mutex)；从本进程的消息队列取一个buffer f；V(mutex)；从buffer f中取得消息正文送A,并得到 senders pid作为Receive( )的返回值；.dispose(f)；#释放buffer f到缓冲池；,注:new,dispose函数对 缓冲池的访问也需要互斥.,
