自考“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習資料（8）

　　本章考核知識點 ：1、進程的順序性與并發(fā)性 2、與時間有關(guān)的錯誤　3、相關(guān)臨界區(qū) 4、進程的互斥 5、進程的同步 6、進程通信 7、線程的概念

　　本章自學要求 ：理解“進程”是操作系統(tǒng)中的基本執(zhí)行單位，在多道程序設(shè)計的系統(tǒng)中往往同時有許多進程存在，它們要輪流占用處理器。這些交叉執(zhí)行的并發(fā)進程相互之間可能是無關(guān)，也可能是相關(guān)的。當并發(fā)進程競爭共享資源時會出現(xiàn)與時間有關(guān)的錯誤，因此，應(yīng)采用進程同步與互斥手段使其合理使用共享資源，以保證系統(tǒng)安全。當進程間必須通過信息交換進行協(xié)作時，可用進程通信的方式達到目的。

　　重點 是：分析與時間有關(guān)的錯誤；用PV操作實現(xiàn)進程的同步與互斥；用信箱實現(xiàn)進程通信。

　　一、進程的順序性與并發(fā)性（ 領(lǐng)會 ）

　　有人說，在程序中不是有跳轉(zhuǎn)語句和重復(fù)語句，怎么就是順序執(zhí)行？注意，這里是指進程在處理器中的執(zhí)行，因為處理器每次只能執(zhí)行一個操作，因此每條指令必須按順序進入CPU執(zhí)行，假使有一條指令是跳轉(zhuǎn)的，那么執(zhí)行本指令后，會取出跳轉(zhuǎn)目的地址的指令進入CPU運行，這個順序是程序規(guī)定的。所以對CPU而言，進程總是按順序執(zhí)行。

　　進程是一個程序在一個數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行，同一個程序和同一個數(shù)據(jù)集的運行結(jié)果必然是相同的。這就是可再現(xiàn)性。

　　同時執(zhí)行并不是真的同時，因為任一時刻CPU中只能有一個進程運行。

　　1、進程的 順序性 ：任何進程在順序的處理器上的執(zhí)行是嚴格按照順序進行的，這就是進程的順序性。當一個進程獨占處理器順序執(zhí)行時，具有兩個特性： 一、封閉性 二、可再現(xiàn)性 .

　　2、進程的 同時執(zhí)行 ：在多道程序設(shè)計系統(tǒng)中，一個進程的工作沒有全部完成之前，另一個進程就可以開始工作，它們的執(zhí)行在時間上重迭的，我們把它們稱為是“可同時執(zhí)行的”。

　　3、進程的 并發(fā)性 ：若系統(tǒng)中存在一組可同時執(zhí)行的進程，則說該組進程具有并發(fā)性，并把可同時執(zhí)行的進程稱為“并發(fā)進程” .

　　4、并發(fā)進程間的關(guān)系：并發(fā)進程相互之間可能是 無關(guān)的 ，也可能是 交往的 .如果一個進程的執(zhí)行不影響其他進程的執(zhí)行，且與其他進程的進展情況無關(guān)，即它們是各自獨立的，則這些并發(fā)進程相互之間是無關(guān)的。如果一個進程的執(zhí)行依賴其他進程的執(zhí)行，則這些并發(fā)進程之間是有交往的。

　　二、與時間有關(guān)的錯誤（ 簡單應(yīng)用 ）

　　1、并發(fā)進程的執(zhí)行速度取決于自身和進程調(diào)度策略。一個進程運行時會被中斷，且斷點是不固定的，一個進程被中斷后，哪個進程可以運行，被中斷的進程什么時候占用處理器，是與進程調(diào)度策略有關(guān)的。因此進程的執(zhí)行速度不能由自己決定。

　　2、并發(fā)進程交替使用共享資源時會出現(xiàn)與時間有關(guān)的錯誤。 由于共享資源的原因，加上進程并發(fā)執(zhí)行的隨機性，一個進程對另一個進程的影響是不可預(yù)測的。造成不正確的因素與進程占用處理器的時間、執(zhí)行的速度以及外界的影響有關(guān)。因此被稱為與時間有關(guān)的錯誤。

　　3、分析并發(fā)進程中與時間有關(guān)的錯誤，請理解教材上的例子。

　　三。相關(guān)臨界區(qū)（ 領(lǐng)會 ）

　　1、 臨界區(qū) 的定義：并發(fā)進程中與共享變量有關(guān)的程序段稱為“臨界區(qū)”

　　2、什么是 相關(guān)臨界區(qū) ： 相關(guān)臨界區(qū)是指 并發(fā)進程 中涉及到 相同變量 的那些 程序段 .

　　3、對相關(guān)臨界區(qū)的管理要求。

　　1） 一次最多讓一個 進程在臨界區(qū)執(zhí)行，當有進程在臨界區(qū)時其他想進入臨界區(qū)執(zhí)行的進程必須等待。

　　2）任何一個進入臨界區(qū)執(zhí)行的進程必須在 有限的時間內(nèi)退出 臨界區(qū)，即任何一個進程都不應(yīng)該無限地逗留在自己的臨界區(qū)。

　　3）不能強迫一個進程無限地等待進入它的臨界區(qū)，即有進程退出時應(yīng) 讓一個等待進入臨界區(qū)的進程進入 它的臨界區(qū)。

　　四、進程的互斥（ 綜合應(yīng)用 ）

　　1、 進程互斥 的含義：進程的互斥是指當有若干進程都要使用某一共享資源時，任何時刻最多只允許一個進程去使用，其他要使用該資源的進程必須等待，直到占用資源者釋放了該資源。 　　PV操作是兩個過程，由他們兩個來控制一個信號S，假設(shè)S是紅燈的個數(shù)。

　　每個進程進入臨界區(qū)前都要先執(zhí)行P操作。退出臨界區(qū)時執(zhí)行V操作。用下面的比喻很容易理解：

　　臨界區(qū)門前有棵樹（S）

　　用來掛紅燈

　　進程想進CPU的門

　　先得上樹取盞燈（調(diào)用一次P操作）

　　取下一個去敲門（S=S-1）

　　如果樹上沒燈?。⊿≤0）

　　樹說欠你一盞燈（S為負時）

　　沒轍只好外邊排隊等（ W ait （S））

　　得燈進程續(xù)運行

　　運行完了要出門（調(diào)用一次V操作）

　　馬上還回一盞燈（S=S+1）

　　若有進程在催債（S≤0）

　　放個進去事完成（ R elease （S））

　　2、實現(xiàn)進程互斥的工具——PV操作。

　　PV操作 是由兩個操作，即P操作和V操作組成。P操作和V操作是兩個在信號量上進行操作的過程。假定用S表示信號量則把這兩個過程記作P（S）和V（S），它們的定義如下： Procedue P（Var S： Semaphore）； begin S：=S-1； if S<0 then W（S） end； {P} Procedue V（Var S： Semaphore）； begin S：=S+1； if S<=0 then R（S） end； {V}

　　為了確保PV操作自身的正確執(zhí)行，因此P（S）和V（S）操作中不可中斷，這種 不可被中斷的過程稱為“原語 ”。

　　3、用PV操作管理相關(guān)臨界區(qū)的一般形式

　　一個信號量與一組涉及共享變量的相關(guān)臨界區(qū)聯(lián)系起來，信號量的初值定為“1”

　　任何一個進程要進入臨界區(qū)前先調(diào)用P操作，執(zhí)行臨界區(qū)的操作后，退出臨界區(qū)時調(diào)用V操作。

　　由于信號量的初值為“1”，P操作起到了限制一次只有一個進程進入臨界區(qū)的作用，其余進程欲進入臨界區(qū)必須符合對臨界區(qū)管理的第一個要求，即一次最多讓一個進程在臨界區(qū)執(zhí)行。進程退出后執(zhí)行V操作，若有進程在等待則釋放一個進程，這樣就達到了對臨界區(qū)管理的第二個和第三個要求（即不能無限逗留也不能無限等待）。

　　4、分析進程互斥問題并用PV操作實現(xiàn)進程互斥。