计算机操作系统感悟随笔--经典同步问题
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1.生产者—消费者问题(The proceducer – consumer problem:多个生产者和消费者对n个缓冲区的使用。)
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1.无论生产者、消费者使用缓冲池时应保证互斥使用(互斥信号量mutex )
2.生产者和消费者间交叉有序:
有序的控制最根源在产品数量上。
设置两个信号量:
分别针对生产者、消费者设置不同的信号量,empty和full分别表示缓冲池中空缓冲池和满缓冲池(即产品)的数量。
变量和信号量
buffer: array [ 0, …, n-1] of item;
in, out: integer :=0, 0;
不使用Counter变量,而是用信号量
Var mutex, empty, full: semaphore :=1, n, 0;
代码部分:
生产者:
producer :
repeat
…
produce an item in nexp;
wait(empty);
wait(mutex);
buffer(in):=nexp;
in:=(in+1) mod n;
signal(mutex);
signal(full);
until false;
消费者:
consumer :
repeat
wait(full);
wait(mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
signal(mutex);
signal(empty);
consume the item in nexc;
until false;
检查:
- 每个程序中用于实现互斥的wait(mutex)和signal(mutex)必须成对地出现。
- 控制顺序的信号量empty和full的wait和signal操作,成对地出现在不同的进程中。
- 在每个程序中的多个wait操作顺序不能颠倒。且应先执行对资源信号量的wait操作,再执行对互斥信号量的wait操作,否则可能引起进程死锁。
- 模拟交替执行过程,检查控制是否正确。
模拟交叉运行
2. 哲学家进餐问题
五个哲学家共用一张圆桌,分别坐在周围的五张椅子上,在桌子上有五只碗和五只筷子,他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时,一个哲学家进行思考,饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子,只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐毕,放下筷子继续思考。
可见:相邻两位不能同时进餐;最多只能有两人同时进餐。
1)记录型信号量解决哲学家进餐问题
筷子是临界资源,在一段时间内只允许一个哲学家使用。为实现对筷子的互斥使用,用一个信号量表示一只筷子,五个信号量构成信号量数组。
Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore;
所有信号量均被初始化为1。
2)就餐死锁问题
假如五位哲学家同时饥饿而各自拿起左边的筷子时,就会使五个信号量chopstick均为0,当他们再试图去拿右边的筷子时,都将因无筷子可拿而无限等待。
解决方法:
(数量控制)
至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子,最终能保证至少有一位哲学家能够进餐,并在用毕后释放出他用过的两只筷子,从而使更多的哲学家能够进餐。—限制并发执行的进程数(AND方法)仅当哲学家的左右两只筷子均可用时,才允许他拿起筷子进餐。—采用AND信号量。
在哲学家进餐问题中,要求每个哲学家先获得两个临界资源(筷子)后方能进餐。
Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore:=(1, 1, 1, 1, 1);
Process irepeatthink;Swait(chopstick[ ( i +1) mod 5] , chopstick[ i ] );eat;Ssignal(chopstick[ ( i +1) mod 5] , chopstick[ i ] ); until false;
3.读者——写者问题
一个数据文件被多个进程共享。Reader进程只要求读文件,Writer进程要求写入内容。
合理的同步关系是: 多个读进程可同时读;
Writer进程与任何其他进程(包括Reader进程或其他Writer进程)不允许同时访问文件。
解决思路
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