操作系统-笔记-第二章-锁

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二、第二章——【锁】

1、互斥锁​编辑

2、信号量机制

（1）信号量机制——整形信号量

（2）信号量机制——记录信号量

（3）总结（重点——记录信号量）

3、信号量机制——实现互斥、同步

（1）信号量设置为1——互斥

（2）前V后P——同步

（3）前V后P——前驱图

（4）总结

4、生产者-消费者问题

（1）画出前驱图

（2）写代码——PV操作

（3）思考——PV操作的顺序可以换么？

（4）总结

5、多生产者-多消费者问题

（1）画出前驱图（互斥-PV， 同步-VP）

（2）写代码——PV操作

（3）写代码——PV操作（改进：不用互斥信号量）

（4）具体问题，具体分析

6、吸烟者问题

（1）问题分析

（2）问题解决

7、读者-写者问题

（1）解决方案

（2）思考

8、哲学家进餐问题（死锁问题）

（1）问题分析

（2）方案实现

（3）考点

9、管程

（1）来历（PV操作太麻烦）

（2）定义 & 特征

（3）具体实现

（4）拓展1——封装思想

（4）拓展2——Java中的管程思想（sync-同步）

（4）拓展3——Java中的同步+异步（和前端的请求+返回操作差不多）

（5）总结

10、死锁

（1）死锁、饥饿、死循环

（2.1）死锁产生条件——清华笔记

（2.2）死锁产生条件——软考笔记

（2.3）死锁产生条件——王道笔记

（3）总结

11、预防死锁（破坏四个条件之一）

（1）破坏互斥（优缺点）

（2）剥夺资源【破坏不剥夺条件】（优缺点）

（3）破坏请求+保持条件（一次性拿完）

（4）破坏循环等待（按照顺序申请资源）

（5）总结——王道版

（5）总结——清华版

12、银行家算法（避免死锁 ※※※）

（1）清华版——银行家算法

（2）软考版——银行家算法

（3）王道版——银行家算法

13、死锁的检测 & 解除

（1）清华版——检测 & 解除

（2）王道版——检测方法（理解-资源分配图-能够化简！）

（3）王道版——解除方法

（4）总结

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二、第二章——【锁】

1、互斥锁

 

2、信号量机制

信号量机制——可以很好的解决【互斥、同步】的问题

 

PV操作——proberen —— verhogen        

 

（1）信号量机制——整形信号量

缺点：如果需要资源被占用，那么会进行忙等

 

（2）信号量机制——记录信号量

用来解决——“忙等”问题

在整形的基础上，创建了一个【等待队列】，当资源不够时，自我阻塞，等待别人唤醒~

 

（3）总结（重点——记录信号量）

 

3、信号量机制——实现互斥、同步

 

（1）信号量设置为1——互斥

 

（2）前V后P——同步

PV操作——P拿，V释放

如果实现的同步？

1、执行在前面的代码段——用V操作（必须让他执行了，才会释放资源）

2、执行在后面的代码段——用P操作（有了资源，才可以跳出等待）

这样就是实现了同步~

 

（3）前V后P——前驱图

这样就实现同步啦~

 

（4）总结

 

4、生产者-消费者问题

（1）画出前驱图

 

（2）写代码——PV操作

其中1个PV是用于——互斥

2个PV是用于同步（有两个同步信号量）

 

（3）思考——PV操作的顺序可以换么？

不能乱改——可能会导致死锁！（具体问题，具体分析！）

 

（4）总结

 

5、多生产者-多消费者问题

（1）画出前驱图（互斥-PV， 同步-VP）

 

（2）写代码——PV操作

 

（3）写代码——PV操作（改进：不用互斥信号量）

 

（4）具体问题，具体分析

当缓冲区大小为1，那么可能不需要设置——【互斥信号量】

 

6、吸烟者问题

（1）问题分析

 

 

（2）问题解决

不需要——互斥信号量~（因为桌子上只能放一个资源！）

 

7、读者-写者问题

读者——共享锁（乐观锁）

写者——互斥锁（悲观锁）

在这个锁的基础上——可以设计的锁的粒度

（粒度大小说明）用生活举例：

你不允许别人进入你的房子，那么就给房子上了锁——【房子锁】

你允许别人进入你的房子，但你不允许别人进入你的房间，就给房间上了锁——【房间锁】

你允许别人进入你的房间，但你不允许别人打开你的柜子，就给柜子上了锁——【柜子锁】

1. 写优先
2. 读共享

（1）解决方案

 

写优先——读写公平法（先来先服务）【防止写进程饿死~】

（2）思考

 

8、哲学家进餐问题（死锁问题）

（1）问题分析

 

（2）方案实现

 

（3）考点

 

9、管程

（1）来历（PV操作太麻烦）

 

（2）定义 & 特征

 

（3）具体实现

程序员封装一层——PV操作（实现同步、异步）

然后提供简单的接口，用来之后使用~

 

（4）拓展1——封装思想

 

（4）拓展2——Java中的管程思想（sync-同步）

就比如——下载文件（异步任务——多线程——你得设置线程池的大小！）

1、你需要规定同步队列的大小！

2、然后设置同步方法

3、调用同步方法

 

（4）拓展3——Java中的同步+异步（和前端的请求+返回操作差不多）

异步任务可以设置数量（设置连接池大小），避免有太大的异步任务

 

（5）总结

 

10、死锁

 

（1）死锁、饥饿、死循环

死锁和饥饿——是【操作系统】关心并解决的问题！

 

（2.1）死锁产生条件——清华笔记

 

（2.2）死锁产生条件——软考笔记

 

基本问题：该系统至少需要多少资源？可以不发生死锁？

总资源数 = K * (N -1) + 1

K：进程数量

N：一个进程需要的资源数

死锁 => 四种条件 必然存在

 

 

（2.3）死锁产生条件——王道笔记

 

（3）总结

 

11、预防死锁（破坏四个条件之一）

1. 互斥（加入buffer——把【互斥资源】变为【共享资源】）
2. 不剥夺（他在等待资源后，就强行让他休息，夺走他手里的资源）
3. 请求和保持（占有资源的情况）
4. 循环等待（给所有资源编号【从小到大】——按顺序申请资源~）

（1）破坏互斥（优缺点）

优点：简单（把互斥资源——变为——共享资源）

缺点：应用点比较少（毕竟很多地方需要互斥性！）

 

 

（2）剥夺资源【破坏不剥夺条件】（优缺点）

（3）破坏请求+保持条件（一次性拿完）

不准持有——一次性拿完！！！（简单，但是资源利用率低）

 

（4）破坏循环等待（按照顺序申请资源）

 

（5）总结——王道版

（5）总结——清华版

12、银行家算法（避免死锁 ※※※）

（1）清华版——银行家算法

 

（2）软考版——银行家算法

 

1. 求出剩下的资源数
2. 求出各项进程还需要的资源数
3. 按照选项——开始推算是否满足！（如果满足，则选择即可）

 

（3）王道版——银行家算法

 

13、死锁的检测 & 解除

（1）清华版——检测 & 解除

（2）王道版——检测方法（理解-资源分配图-能够化简！）

       

（3）王道版——解除方法

 

（4）总结

重点！！！加油吧！！！不能放弃啊！！！

时间：2023年8月20日12:20:10