深入电脑运行原理之进程的同步与并发(Operating System四级内容)

开篇语

不一样的名字,相似的内容。这是第四篇关于操作系统的文章了。前面三篇反响平平,不算内容的专业性过强,大部分读者看不懂;maybe也有我的名字取得太吓人有点关系,所以现在改头换面,换汤不换药的继续来发表文章,记笔记的同时也希望也希望可以收获一点关注。

前面还有三篇类似的:
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计算机四级网络工程师--《操作系统(Operating System)》重点内容学习2
计算机四级网络工程师--《操作系统(Operating System)》重点内容学习3

深入电脑运行原理之进程的同步与并发(Operating System四级内容)_第1张图片
我很喜欢的一张图,今天分享出来

正文----并发与同步

一、进程之间的相互作用:

1、进程之间有:相关进程,无关进程
2、进程之间的关系有:

  • 进程互斥:一个资源只能被有限的进程访问,那么当多个进程访问这个资源的时候,会存在进程互斥
  • 进程同步:进程之间存在递进关系,B进程的能否执行,取决于A进程的是否执行完成。所以A 、B 进程之间是进程的同步现象。

二、进程互斥:

1、进程互斥的解决办法:由竞争的双方平等协商、引入进程管理者
2、引入基础概念 ** 临界资源:一段时间内只允许一个进程进行访问使用的资源,比如打印机,比如扫描仪等**

三、进程同步:

1、遵从四个基本原则:

  • 空闲让进
  • 忙则等待
  • 有限等待
  • 让权等待:若进程不进入临界区,那么就要释放处理器,以免陷入“忙等”状态,浪费资源。

四、进程互斥的软件方法

1、单标志算法(进入临界区的话也就意味着开始占用资源了)

while(turn!=i);
进入临界区,
turn=j;
进入剩余区;

2、双标志、先检查算法

while(flag[j]);
flag[i]=true;
进入临界区,
flag[i]=false;
剩余区

PS:如果这个算法考虑分式操作系统的事件分片,绝对GG,如果把上面的算法里面的i j对调,然后你把我赋值为真,我把你赋值为真,两个进程对一个资源开始哄抢,那就好,直接互斥

3、双标志、后检查算法

flag[i]=true;
while(flag[j]);
临界区;
flag[i]=false;
剩余区

PS:讲道理,这个我没看出太多的内涵,不过貌似把上面说到的那个时间分片问题给干掉了。但是还是会有问题,这个点未曾深入,不做多说。

4、先修改,后检查,后修改者等待算法

flag[i]=true;
turn=j;  %Tenor Waiting
while(flag[j]&&turn==j);
临界区,flag[i]=false;剩余区

PS:我已经无话可PS

五、进程互斥的硬件方法

1、TS硬件指令:每个临界区都设置公共的变量lock:true 表示被占用,每次进入临界区之前查询即可互斥
2、SWAP指令:每个临界区都设置公共的变量lock,初始值为false,给每个进程设置一个私有变量key,需要进入临界区则与lock交换key 值,可以更好地标识内容。

3、信号量(创始者:Dijkstra)
信号量代表一个资源量的可用量;

0:系统中可用资源的数目
=0:对应资源用尽,并且目前该资源的对应阻塞队列没有等待者
<0:因为该资源不可用而导致的阻塞进程的数目
这就涉及到操作系统这个内容中的一个很大的,很重要的内容--PV操作,由原语直接对信号量进行操作,对进程进行的操作。

六、经典的进程互斥与同步问题

1、生产者--消费者问题

Just like 我们买iPhone手机一样的。你得Apple公司做出来产品,然后放到店子里面,你才能买吧,然后你买完了的话,店铺那边就得告诉Apple,产能不够啊,你们要加班继续造啦。

深入电脑运行原理之进程的同步与并发(Operating System四级内容)_第2张图片
此问题模型

这个问题,稍微一分析就知道,是一个进程同步问题,所以要讲一个很重要的原则,那就是:

进程同步,信号量是按照有争议的进程数来决定的,本题就是一个信号量:商店的货够不够用?
进程互斥的话,信号量就等于是资源数了。

因为你想撒,同步问题,是协作关系,是接力跑。你的人没到,我就不能动,至于那个代表你到了的是什么,那就无关紧要了对不?管你是棒子还是拍手。
相反的,互斥问题就是竞争关系了。奖杯只有一个啊,你拿了我怎么拿?重要的是结果,反而过程会被淡化了。

所以就有了如下的PV操作代码(PV的定义:P是代表,这个资源,我用了一个;V是代表,这个资源,哥用完了,你们谁要谁拿去,不关我事):


For Apple:

while(true)
{
  P(Apple_Company_Product)
  Producting
  V(Consumer_iPhone)
}


For us:

while(true)
{
  P(Consumer_iPhone)
  Buying
  V(Apple_Company_Product)
}

上面的代码的意思是:
苹果公司部分,苹果公司先在日程上把制作手机的任务标记为完成了,然后开工生产,做完了就开发布会,告诉消费者可以卖肾准备买果了。

而消费者,先把钱准备好,卖掉了一个肾。然后就买了新机,就可以发消息给Apple 要他们加班了。


2、经典的哲学家吃饭问题

深入电脑运行原理之进程的同步与并发(Operating System四级内容)_第3张图片
随手的吃饭图,妈妈的,现实中有谁这么吃,我要怼死他
int fork1=fork2=1;
int knie1=knife2=1;
Pa()
{
  while(true)
    { P(knife1);
      P(fork1);
      Have lunch;
      V(knife1);
      V(fork1);
    }
}




Pb()
{
  while(true)
    { P(knife2);
      P(fork1);
      Have lunch;
      V(knife2);
      V(fork1);
    }
}




Pc()
{
  while(true)
    { P(knife2);
      P(fork2);
      Have lunch;
      V(knife2);
      V(fork2);
    }
}


Pd()
{
  while(true)
    { P(knife1);
      P(fork2);
      Have lunch;
      V(knife1);
      V(fork2);
    }
}


这个是哪个上课的老师经过了三次的改进之后才拿出来的比较好的形式,形成竞争机制。也就是说,在第一步的时候,四个人分别开始抢,因为要同时刀叉在手才可以吃饭,也就是说同时只有两个人能吃饭,所以一开始先确定哪两个人能吃饭就好。那个老师初期的解决策略并未考虑这点,四个餐具,四个人,四个人先人手一把,这下好,不吃饭是没法放下餐具的。所以就形成了死锁了。大家都要吃饭,但是你的行为阻碍了我,并且我还没办法搞死你来吃饭,这就死了。故而引入先竞争,后吃饭机制是很大的一个进步,这样就确保了,拿不到刀的人,绝对拿不到叉子,也就杜绝了死锁这种进程运行的大敌!完美!

一个互斥问题,一个同步问题,差不多了。年级学生会换届大会也结束了。可以收拾收拾回宿舍了。明天早上有课,心塞塞,一定要早睡早睡再早睡!!

深入电脑运行原理之进程的同步与并发(Operating System四级内容)_第4张图片
年级分团委学生会换届大会

结束语

推荐一首歌---Wercking ball 很好听的哦。。只是歌词很非就是了。但是丝毫不妨碍我走夜路的时候听着这歌就在路边上扭起了曼妙的动作,好吧,撤军,分团委的要照相了。我撤也~~~~~另外,今晚开车很开心@XNC,虽然有点恐怖

深入电脑运行原理之进程的同步与并发(Operating System四级内容)_第5张图片
Wercking ball

个人宣言

知识传递力量,技术无国界,文化改变生活!

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