进程并发控制：互斥与同步

并发控制

示例：

进程间的制约关系：

• 间接制约：资源共享→互斥
• 直接制约：进程合作→同步

临界资源：必须互斥使用的资源称为临界资源。

临界区：访问临界资源的那段代码称为临界区。

竞争临界资源引起的问题：忙等、饥饿、死锁。

临界区使用原则（互斥条件）：空闲让进、忙则等待、优先等待、让全等待。

互斥与同步的解决策略

软件方法

在进入区设置和检查一些标志来标明是否有进程在临界区。若已经有进程在临界区，则在进入区通过循环检查进行等待，进程离开临界区后则在退出区修改标志。

初步设想——轮换使用临界区

第一次改进——设置临界区状态标志


第二次改进——预先表明进入临界区的态度


第三次改进——预先表明进入临界区的态度+谦让


谦让的改进：给定序号避免过分谦让

Peterson互斥算法

软件方法的特点

信号量方法

信号量实现进程互斥的基本原理

信号量定义

信号量的两个原子操作：wait(s)和signal(s)，有时也称作P(s)和V(s)。

信号量的物理意义

wait、signal的应用

利用信号量实现互斥的通用模式

利用信号量实现前趋关系示例

P1、P2、P3、P4、P5、P6为一组合作进程，其进程前趋图如下所示，用P、V操作实现这六个进程的同步。

信号量的类型

依据使用方式：

管程

管程的组成

管程的概念

一个管程定义了一个数据结构和（在该数据结构上）能为并发进程所执行的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

管程的特点

若由于某种原因，一个正在管程中执行的进程必须阻塞，该如何处理？
答：释放管程供其他进程使用→同步机制。

管程中的同步机制

管程的结构

生产者-消费者问题

生产者-消费者模型

• 缓冲区：固定大小
• 生产者：满则等待，空则填充
• 消费者：空则等待，有则获取

限制要求：

流程图：

代码：

生产者-消费者问题的管程解决方法：

消息传递

进程通信：进程之间的信息交换。

进程通信方式：

进程通信的方式

共享存储区方式

电子邮件的发送与接收过程：

消息传递机制

数据交换以格式化的消息为单位。

消息的一般格式：

消息传递的同步：

三种同步方式：


消息传递的寻址：

邮箱：不限制进程数，允许多个发送进程向邮箱发送消息，同时，也允许多个接收进程从邮箱接收信息。

利用消息传递实现互斥

代码：