【正文】 if (writecount ==1) P(rsem)。 V(rsem)； V(wr)。 寫者優(yōu)先 : int readcount, writecount。 注意：如果一個寫者已進入臨界區(qū)且有 n 個讀者要求訪問該數據對象，則只有一個讀者進入 wsem 等待隊列，其余 n1 個讀者則進入 mutex等待隊列。 readcount。解決這類同步問題的基本思想是：任一寫者必須與其它寫者或讀者互斥訪問可共享的數據對象，而若干讀者可同時訪問共享的數據對象。 } } void consumer( ) { while⑴ { PC. get(item)。 if 。 生產者消費者問題之管程解決： monitor PC。 semaphore mutex=1， empty=n， full=0； int i=j=0； item buffer [n]。生產者與消費者可以通過一個環(huán)形緩沖池（見圖 11）聯(lián)系起來，環(huán)形緩沖池由幾個大小相等的緩沖塊組成，每個緩沖塊容納一個產品。 此外，當一進程進入管程執(zhí)行管程的某個過程時，如果因某種原因而被阻塞，應立即退出該管程，進入等待狀態(tài)，否則就會因阻擋其它進程進入該管程，而它本身又無法執(zhí)行造成死鎖。管程的基本思想是：把分散在各進程中的控制和管理臨界資源的臨界區(qū)集中起來統(tǒng)一管理。 如果 P2進程先執(zhí)行，則由于 S2的初值是 0，表示緩沖區(qū)中無數據可取，執(zhí)行 P(S2)操作時，使 P2進程被阻塞掛到等待隊列上，等待緩沖區(qū)中數據的到達。用信號量和 P/V操作實現(xiàn)進程互斥與同步的代碼結構為： P（ S）； 臨界區(qū)； V（ S）； 例如，有兩個進程 A和 B， A進程向隊列加入一項， B 進程從該隊列中移出一項。并且這兩個操作均屬于原子操作，不可被中斷。 通過以上分析，可以給出關鎖和開鎖原語的描述： 關鎖原語 lock(X) { L： if x==1 go to L else x=1。實際上，進程互斥可以看作是進程同步的一種特例。amp。 while( flag[1]amp。 flag[1] = false。 flag[0]= false。因此，它會進入忙等待循環(huán)。 ? 可用于支持多個臨界區(qū)。 while (keyi != 0) exchange (keyi, bolt)。 temp=memory。由于整個 testset函數自動整體執(zhí)行，就是說它不服從于任何中斷，故可實現(xiàn)進程互斥。 ② 專用的機器指令 CPU 的設計者提供了一些硬件指令，用于保證幾個動作的原子性。 由于對臨界資源的使用必須互斥進行，所以進程在進入臨界區(qū)時，首先判斷是否有其它進程在使用該臨界資源，如果有，則該進程必須等待，如果沒有，該進程才能進入臨界區(qū)，執(zhí)行臨界區(qū)代碼，同時，關閉臨界區(qū)，以防其它進程進入。 臨界資源與臨界區(qū) 系統(tǒng)中同時存在有許多進程，它們共享各種資源，然而有許多資源在某一時刻只能允許一個進程使用。喚醒原語的基本功能是：把除了 CPU之外的一切資源都得到滿足的進程置成就緒狀態(tài)。 撤銷進程原語 進程完成了其“歷史使命”之后，應當退出系統(tǒng)而消亡，系統(tǒng)及時收回它占有的全部資源以便其它進程使用，這是通過撤銷原語完成的。所以，這些操作可以用原語來實現(xiàn)。無論是系統(tǒng)進程還是用戶進程，對核心層來說它們都是基本的活動單位。進程是操作系統(tǒng)進行調度和分配資源的獨立單 位。而程序是一組有序靜態(tài)指令和數據的集合，用來指示 CPU 的操作，本身并不具有運動含義，是一種靜態(tài)概念。 ② 鏈接表方式：系統(tǒng)按照進程的狀態(tài)將進程的 PCB 鏈接成隊列，從而形成就緒隊列、阻塞隊列、運行隊列等。 ⑦ 隊列指針或鏈接字。 ④ 進程的優(yōu)先級。為了標識系統(tǒng)中的各個進程，每個進程必須有惟一的標識名或標識數。 ④ 靜止阻塞→活動阻塞。另外當有終端用戶請求、父進程請求、負荷調節(jié)需要等情況時，也要用到掛起狀態(tài)。僅當進程調度程序把 CPU 再次分配給它時，才可恢復曾被中斷的現(xiàn)場繼續(xù)運行。進程調度程序根據調度算法把 CPU 分配給某個就緒進程，建立該進程運行狀態(tài)標記，并把控制轉到該進程，把它由就緒狀態(tài)變?yōu)檫\行狀態(tài)，這樣進程就投入運行。 ③ 就緒狀態(tài)。由于進程執(zhí)行時的間斷性，決定了進程可能具 有多種狀態(tài)。但是，迄今為止，對這一概念尚無一個非常確切的、令人滿意的、統(tǒng)一的定義，不同的人，站在不同的角度，對進程進行了不同的描述，下面列舉幾個操作系統(tǒng)的權威人士對“ 進程”所下的定義： ① 行為的一個規(guī)則叫做程序，程序在 CPU上執(zhí)行時所發(fā)生的活動稱為進程（ Dijkstra）。因此，必須從變化的角度，動態(tài)地分析研究這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序段，真實地反映出系統(tǒng)的獨立性、并發(fā) 性、動態(tài)性和相互制約性。程序之間的 制約關系有兩種：直接制約關系和間接制約關系。通常把計算機執(zhí)行程序的活動，稱為“計算”，顯 然，“計算”是一個動態(tài)的概念。 int n=0。這說明有些操作必須在其它操作之后執(zhí)行，另外有些操作卻可以并行地執(zhí)行。這給程序的調試帶來了很大的方便。程序在執(zhí)行過程中，獨占全部資源，除了初始狀態(tài)外，只有程序本身規(guī)定的動作才能改變這些資源的狀態(tài)。 假設系統(tǒng)中有 2個程序，而每個程序都由三個程序段 I、C、 P 組成，其中， I 表示從輸入機上讀入程序的信息， C 表示執(zhí)行程序的計算過程， P 表示在打印機上打印出程序的計算結果。因此，邏輯上的并行稱為“并發(fā)”。 1 進程的概念 程序的并發(fā)執(zhí)行 現(xiàn)在所有的計算機都能同時做幾件事情。在我們使用計算機運行程序的時候，時常會一邊聽著光盤上的音樂，一邊從網上下載著軟件，一邊還編輯著文本文件。 程序的并發(fā)執(zhí)行是在多道程序環(huán)境下完成的，而在單道程序工作環(huán)境中，程序是順序執(zhí)行的。在單道環(huán)境下，每一程序的這三個程序只能是一個接一個地順序執(zhí)行，也就是輸入、計算和打印三者串行工作，并且前一個程序結束后，才能執(zhí)行下一個程序。 ③ 結果無關性。 程序的并發(fā)執(zhí)行及其特性 現(xiàn)代計算機在 物理 設 計和邏輯設計中采用并行操作技術，使多種硬件設備能并行工作。此外從圖中可以看出： I2 與 Cl、 I3 與 C2 與 P I4 與 C3 與 中國最大的管理資源中心 30 P2是重疊的。 void observer(void) { while (1) { ? n=n+1； remainder of observer； } } void reporter(void) { while(TRUE) { ? print(n)； n=0； remainder of reporter； } } void main( ) 中國最大的管理資源中心 31 { parbegin(observer( ),reporter( ))。如前所述，程序在順序執(zhí)行時，程序和“計算”之間保持一一對應的關系，但在并發(fā)執(zhí)行時，一個并發(fā)程序可為多個用戶作業(yè)調用，而使該程序處于多個“執(zhí)行”過程中，從而形成了多個“計算”，這就是說，多個“計算’可能是在不同數據集上執(zhí)行同一程序，所以程序和“計算”不再一一對應。 ① 直接制約關系通常是在彼此之間有邏輯關系的兩個并發(fā)執(zhí)行的程序之間發(fā)生的，一般是由于各個程序段要求共享信息引起的。為了準確地描述程序的執(zhí)行過程，設計出高質量的操作系統(tǒng)，就不能再用靜態(tài)的觀點，而應該用動態(tài)的觀點來刻畫程序。 中國最大的管理資源中心 33 ② 一個進程是一系列逐一執(zhí)行的操作，而操作的確切含義則有賴于我們以何種詳盡程度來描述進程（ ）。運行中的進程具有三種基本狀態(tài)：運行、阻塞、就緒，這三種狀態(tài)構成了最簡單的進程生命周期模型，進程在其生命周期內處于這三種狀態(tài)之一，其狀態(tài)將隨著自身的推進和外界環(huán)境的變化而變化，由一種狀態(tài)變遷到另一種狀態(tài)。等待 CPU 的狀態(tài)。即就緒狀態(tài)的進程，一旦被調度進程選中，獲 得 CPU，便發(fā)生此 狀態(tài) 變遷。即阻塞進程的 I/O請求完成時，發(fā)生此狀態(tài)變遷。 引入掛起狀態(tài)后，又將增加從掛起狀態(tài)（又稱為靜止狀態(tài)）到非掛起狀態(tài)（又稱為活動狀態(tài)）的轉換：或者相反。處于靜止阻塞狀態(tài)的進程，若用激活原語激活后，該進程將轉變?yōu)榛顒幼枞麪顟B(tài)。進程標識名，通常用字母和數字組成的“串”表示，進程標識數則是在一定數值范圍內的進程編號。一般根據進程的輕重緩急程度為進程指定一個優(yōu)先級，優(yōu)先級用優(yōu)先數表示。它用于將處于同一狀態(tài)的進程鏈接成一個隊列，在該單元中存放下一進程 PCB首址。按鏈接方式組織 PCB的情況如圖 6。 ② 進程具有并發(fā)性。 ⑤ 進程具有異步性（不確定性）。 2 進程控制 進程有由創(chuàng)建而產生，由調度而執(zhí)行，由撤銷而消亡的生命周期，因此操作系統(tǒng)要有對進程生命周期的各個環(huán)節(jié)進行控制的功能，這就是進程控制。 原語是操作系統(tǒng)核心（不是由進程而是由一組程序模塊所組成）的一個組成部分，并且常駐內存，通常在管態(tài)下執(zhí)行。撤銷原語的實現(xiàn)過程是：根據提供的欲被撤銷進程的名字，在 PCB 鏈中查找對應的 PCB，若找不到要撤銷的進程的名字或該進程尚未停止，則轉入異常終止處理程序，否則從 PCB 鏈中撤銷該進程及其所有子孫進程 (因為僅撤銷該進程 可能導致其子進程與進程家族隔離開來，而成為難以控制的進程 )；檢查此進程是否有等待讀取的消息，有則釋放所有緩沖區(qū)，最后釋放該進程的工作空間和 PCB 空間，以及其它資源。執(zhí)行時，首先找到被喚醒進程的 內部標識 ，讓該進程脫離阻塞隊列，將現(xiàn)行狀態(tài)改變?yōu)榫途w狀態(tài)，然后插入就緒隊列等待調度運行。例如打印機、磁帶機等硬件設備和變量、隊列等數據結構，如果有多個進程同時去使用這類資源就會造成混亂。當進程用完臨界資源時，要開放臨界區(qū)，以便其它進程進入。這幾個動作在一個指令周期中執(zhí)行，不會受到其它指令的干擾。 用 testset指令實現(xiàn)互斥舉例： const int n = / * 進程數 * / int bolt。 memory=register。 臨界區(qū) exchange (keyi, bolt)。 ② 缺點： ? 使用了忙等待。但是，由于 P1比 P2的優(yōu)先級低，它將永遠不會被調度執(zhí)行。 其余部分 } } void P1( ) { while (true) { flag [1]= true。 parbegin(P0( ) , P1( ))。amp。 turn==0) /*什么也不做 */。 這里介紹三種同步機制：鎖、信號量和管程。 } 開鎖原語 unlock(X)： { X=0； } 值得注意的是，在檢查 X 的值和置 X 為 1(關鎖 )這兩步之間， X 值不能被其它進程所改變。 P 操作原語定義如下： P（ S） { S。為了不使隊列指針指向錯誤位置，需要嚴格限制一次只能有一個進程存取該隊列元素。只有當 P1進程執(zhí)行了 V (S2)后，才能喚醒 P2 進程。這樣既便于系統(tǒng)管理共享資源，又能保證互斥訪問。為此，引入了條件 (condition)變量及其操作的概念。每個生產者可不斷地每次往緩沖池中送一個生產的產品，而每個消費者則可不斷地每次從緩沖池中取出一個產品。 void producer( ) /*生產者進程 */ { while⑴ { produce next product； P(empty)； P(mutex)； buffer[i]=product； i=(i+1) % n； 中國最大的管理資源中心 51 V(mutex)。 { int in= 0,out=0,count=0 。 中國最大的管理資源中心 52 } void get(item) . { if (count= 0) 。 consume the item in nexte。下面給出讀者進程與寫者進程的解法： 讀者優(yōu)先 : int readcount=0； semaphore mutex = 1, wsem=1。