【正文】 Modula Java等，并且還作為程序庫提供服務。 ? 利用管程可以鎖定任何對象，尤其是鏈表型數據結構，可以鎖定整個鏈表，或鏈表中的某個元素。 管程的結構 ? 管程是由過程、變量及數據結構等組成的集合。典型的管程包括三個部分： (1)對局部于管程的共享數據結構的說明； (2)對該數據結構進行操作的一組過程； (3)對該數據結構初始化的語句。 ? 管程有自己的名字，管程中的各個過程可以帶有自己的形式參數，與過程調用一樣進行參數替換執(zhí)行。 管程的使用 ? 管程本身被作為一種臨界區(qū)，因此，實現管程時，需要考慮互斥、同步和控制變量等問題。 ? 進程可在任何需要的地方調用管程中的過程，但不能在管程外直接訪問管程內的數據結構。 Type name=monitor /*管程命名 */ Var i:integer。 /*變最說明 */ c:condition。 Procedure P1(x)。 Begin … End。 Procedure P2(x)。 Begin … End。 … Procedure Pn(x)。 Begin … End。 Begin /*初始化語句 */ End。 用管程實現互斥 ? 當幾個進程調用某個管程時，僅允許一個進程進入管程，其他進程必須等待，即任何時刻，管程中只能有一個活躍進程。 ? 典型地，當一個進程調用管程中的過程時，若先檢查管程中是否有其他的活躍進程，如果有，則阻塞調用進程、直到管程內的進程離開管程。 ? 管程的互斥操作通常由編譯程序支持，編譯時自動為每個管程建立一個初值為 1的互斥信號量。 用管程實現同步 ? 用管程實現進程同步，是指在管程中要設置一對同步操作原語，例如， wait(或 block)和 signal(或wakeup）。 ? 注意，這里的 wait和 signal與作用于信號量的wait和 signal不同，后者作用于信號量。信號量具有累加功能，當信號量為負數時，其絕對值表示等待在該信號量上的阻塞進程數。這里的 wait和 signal作用于條件變量，條件變量不具有累加功能，如果管程中的進程發(fā)出了一個信號量，卻沒有在對應的條件變量上阻塞等待，則該信號量沒有作用，會被丟失。 ? 由于進程阻塞等待的原因有多種，為了區(qū)別阻塞等待進程和不同的阻塞隊列，管程中設置了不同的條件變量，將因為不同事件阻塞的進程組織在不同的隊列中。 ? 當一個進程利用管程申請資源而未能滿足時，將調用 wait原語阻塞自己，并進入相應阻塞隊列。當某進程釋放出一個臨界資源以后，將用 signal原語喚醒等待在該臨界資源上的一個阻塞過進程。 消息傳遞 進程通信的方式 ? 進程之間的通信內容包含兩種類型： 控制信息 與 大批量數據 。 ? 低級通信 ：進程之間交換控制信息的過程。 ? 高級通信 ：進程之間交換批量數據的過程。 ? 進程之間同步與互斥是一種低級通信，用來控制進程執(zhí)行速度。 發(fā)送進程 接收進程 郵件 郵件 郵件 接收進程 發(fā)送進程 終端用戶 發(fā)送進程 接收進程 終端用戶 發(fā)送進程 接收進程 郵件服務器 郵件服務器 電子郵件的發(fā)送與接收過程 常用的進程通信機制 ? 基于共享存儲區(qū)方式 ? 消息傳遞方式 ? 郵箱機制 基于共享存儲區(qū)方式 ? 生產者 /消費者問題：生產者與消費者通過共享緩沖區(qū)，實現數據傳遞，屬于基于共享存儲區(qū)通信。 ? 這里的共享數據區(qū)屬于每個互相通信進程的組成部分，這種通信方式不要求數據移動，一般用于本地通信。 ? 對于遠程通信來說，每臺計算機擁有各自的私有內存區(qū)，不易實現共享存儲區(qū)的訪問。 ？如何通過共享存儲區(qū)通信 ? 通過程序設計來實現 。程序員設計程序時，利用程序指令設置共享存儲區(qū)，并處理通信進程之間的同步等問題，操作系統(tǒng)只需提供共享存儲區(qū)。 ? 由操作系統(tǒng)在內存中劃分出一塊區(qū)域作為共享存儲區(qū) 。進程在通信前向系統(tǒng)申請共享存儲區(qū)中的一個分區(qū)。然后，申請進程把獲得的共享存儲分區(qū)連接到本進程上，此后便可象讀 /寫普通存儲器一樣地讀 /寫共享存儲分區(qū)，該方式下，通信進程之間的同步與互斥訪問共享存儲區(qū)可以由操作系統(tǒng)實現。 消息傳遞的機制 消息的一般格式 消息傳遞的同步 ? 進程之間的通信的兩條原語： ? Send(destination,message) ? Receive (source, message) 消息傳遞的同步 ? 只有當一個發(fā)送進程發(fā)送出消息以后，接收進程才能接收消息。 ? 即，當發(fā)送進程調用 Send原語發(fā)送消息時，若沒有空閑的消息緩沖區(qū)，則發(fā)送進程阻塞；當接收進程調用 Receive原語接收消息時，如果沒有消息可接收，由接收進程阻塞，直到一條消息到達。 三種同步方式 ? 阻塞發(fā)送，阻塞接收；進程間的緊密同步。 ? 不阻塞發(fā)送，阻塞接收；常用于服務進程為其它進程提供服務。 ? 不阻塞發(fā)送，不阻塞接收。 “不阻塞發(fā)送” ? 例如，當進程執(zhí)行過程中需要打印輸出，通常讓打印任務排隊等待，而請求打印的進程無須阻塞等待打印完成，即，每當進程需要打印時，都可以以消息形式發(fā)出請求，然后繼續(xù)執(zhí)行。 ? “不阻塞發(fā)送”方式容易導致消息的無限發(fā)送，無限發(fā)送消息會消耗處理機時間，且由于消息需要占用內存的緩沖區(qū)，無限發(fā)送消息也會消耗其它系統(tǒng)資源。 ? 設計并發(fā)程序時，若采用“不阻塞發(fā)送”方式，就必須在程序中考慮讓接收進程發(fā)回應答消息，證實其是否收到消息，這將增加程序設計的難度。 阻塞接收 ? 并發(fā)程序設計中常采用該方式； ? 當接收消息的進程未收到期望的消息時，常需要阻塞等待，直到消息到來，但是，如果消息丟失，或發(fā)送進程發(fā)送消息之前失敗，則接收進程將永久阻塞。 ? 如果采用“不阻塞接收”方式，則可能因為接收方的緣故，丟失消息。 消息傳遞中的尋址 ? 尋址方式：直接尋址和間接尋址。 ? 若采用直接尋址， send原語中必須指定目標進程的具體標識號。 ? Receive原語中的 source地址有兩種處理方法： ?接收進程顯式地指定發(fā)送方進程標識號，這就要求接收進程必須事先清楚將接收哪個進程發(fā)來的消息。 ?接收進程可以不必指定接收哪個進程的消息。 間接尋址 ? 采用間接尋址傳遞消息時，消息不再從發(fā)送方直接發(fā)送到接收方，而是通過發(fā)送進程與接收進程共享的一個數據結構進程中轉，該數據結構通常稱為郵箱。 ? 發(fā)送進程將消息發(fā)送到指定的郵箱中，接收進程從郵箱中接收消息。 郵箱 ? 郵箱不限制進程數，允許多個發(fā)送進程向郵箱發(fā)送消息，同時，也允許多個接收進程從郵箱接收消息。 利用消息傳遞實現互斥 ? 采用“不阻塞發(fā)送，阻塞接收”方式。 ? 多個并發(fā)執(zhí)行的發(fā)送進程和接收進程共享一個郵箱 mutex,它被初始化為一個無內容的“空”消息。 ? 如果一個進程希望進入臨界區(qū)，首先必須申請從mutex郵箱中接收一條消息．若郵箱為“空”，則該進程阻塞（接收）；若進程收到郵箱中的一條消息，則進入臨界區(qū)，執(zhí)行完畢以后，退出臨界區(qū)，并將該消息發(fā)送回郵箱 mutex中。 Const n=…。 /* 進程數 */ Procedure P(I:integer)。 Var msg:message。 Begin repeat receive(mutex,msg)。 /*從郵箱接收一條消息 */ 臨界區(qū) 。 send(mutex,msg)。 /*將消息發(fā)回到郵箱 */ 其余部分 forever End. Begin /*主程序 */ Create_mailbox(mutex)。 /*創(chuàng)建郵箱 */ Send(mutex_null)。 /*初始化，向郵箱發(fā)送一條空消息 */ Parbegin P(1): P(2)。 … P(n) parend 注意 ? “空”消息：代表一條消息體為“空”，但具有消息頭的“真正”的一條消息，不是沒有消息。 ? 當第一個希望進入臨界區(qū)的進程執(zhí)行receive(mutex,msg)語句時，從郵箱mutex中接收了這條“空”消息，進入臨界區(qū)執(zhí)行。這時，郵箱 mutex變?yōu)椤翱铡保礇]有消息．其后執(zhí)行receive(mutex,msg)語句希望進入臨界區(qū)的進程被阻塞。 注意 ? 當進入臨界區(qū)的進程執(zhí)行完臨界區(qū)的代碼，退出臨界區(qū)時，執(zhí)行 send(mutex,msg)語句，將這條“空”消息歸還給郵箱 mutex,并喚醒一個阻塞進程，使其取走這條消息，進入臨界區(qū)執(zhí)行。 ? 可見，控制進程互斥進入臨界區(qū)的這條消息本身可以不含任何有用的內容，它僅被當作進程能否進入臨界區(qū)的一種憑證，或令牌。 ? 只要保證郵箱中最多只有一條消息，就能保證只允許一個進程進入臨界區(qū)，從而實現進程互斥使用臨界資源。 利用消息傳遞解決生產者－消費者問題 ? 共使用了 capacity條消息，類似于共享內存緩沖區(qū)中的 capacity個存儲單元。 ? 消費者首先將 capacity條“空”消息發(fā)送給生產者，當生產者向消費者傳遞一個數據項時，它取走一條“空”消息，并發(fā)送回一條填充了內容的消息。 ? 通過這種方式進行數據傳遞，系統(tǒng)中的總消息數保持不變，所以，消息可以存入在預知數量的內存中。 生產者 /消費者同步 ? 如果生產者生產數據的速度比消費者消費數據的速度快，則所有的“空”消息最終都將被填滿，于是生產者將因為接收不到“空”消息而被阻塞，等待消費者取走帶有數據的消息，然后返回一條“空”消息。 ? 如果消費者消費數據的速度更快，則消費者將因為接收不到“數據”消息而阻塞，直到生產者生產并發(fā)送來一條“數據”消息。 死鎖 ? 進程的并發(fā)控制不僅要控制若干進程的同步與互斥 ,確保進程之間正常通信 ,還需要解決進程死鎖問題。 ? 一旦出現進程死鎖，相應的進程將無法向前推進。如果系統(tǒng)內的絕大多數進程或全部進程死鎖，那么，整個系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，造成系統(tǒng)“死機”。 交通中的死鎖現象 進程競爭資源可能引起死鎖 Process P … Get A , Get B , Release A , Release B , Process Q … Get B … Get A … Release B … Release A … 進程競爭資源且推進順序不當可能產生死鎖 修改進程 P,Q代碼 Process P … Get A , Release A , Get B , Release B , Process Q … Get B … Release B … Get A … Release A … 死鎖的定義 ? 死鎖 (deadlock)概念可以描述為，多個進程因為競爭資源，或執(zhí)行時推進的順序不當，或相互通信而永久阻塞現象，如果沒有外力作用，這種現象將永遠保持下去。 ? 若系統(tǒng)出現死鎖，必須有相應的措施進行解除。當然，如果能提前預防和避免死鎖的出現，將能提高系統(tǒng)的運行效率。 引起死鎖的原因 ? 引起進程死鎖的一個主要因素是由于進程競爭系統(tǒng)中的資源 ，而進程對資源的總需求量超過系統(tǒng)能提供的最大資源量。 ? 系統(tǒng)中的資源大體可以分為兩類：可重用資源和可消耗資源。 可重用資源 ? 可重用資源，指某一時刻僅允許一個進程使用的、不能被進程消耗的，釋放以后還可被其他進程使用的資源。 ? 如處理機、 I/O通道和設備、內 /外存儲器、諸如文件、數據庫和信號量之類的數據結構等。 競爭可重用資源可能會死鎖 ? 例如：兩個進程 P P2互斥修改兩張數據庫表T T若進程 P1打開并鎖定表格 T完成修改操作以后，未解鎖，又申請修改表格 T2。 ? 假設這時，表格 T2被進程 P2占用且鎖定，則進程P1阻塞等待。 ? 如果進程 P2在修改表格 T2的過程中，也需要對表格 T1進行操作，而表格 T1被進程 P1（阻塞 ）占用，不會釋放出來。 ? 這樣進程 P P2都會因為等待對方占用的資源而阻塞，出現死鎖。 可消耗資源 ? 可消耗資源，指可以創(chuàng)造（生產）和撤消（消耗）的資源，其數量不限。 ? 如中斷、信號（ signals)