【正文】 c。 until false。 end Receive(producer, nextc)。 118 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 間接通信方式 ? 信箱 ? 進程間通信有關(guān)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的中間實體 ? 由操作系統(tǒng)或用戶進程創(chuàng)建 ? 私有 /公有 /共享信箱 ? 可實現(xiàn)實時 /非實時通信 ? 通信原語 ? 信箱的創(chuàng)建和撤銷、消息的發(fā)送和接收 ? 發(fā)送 /接收進程間存在的四種關(guān)系 ? 一對一、多對一、一對多、多對多 119 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 進程通信 進程通信概念及分類 消息傳遞通信實現(xiàn)方式 消息傳遞系統(tǒng)實現(xiàn)若干問題 消息緩沖隊列通信機制 120 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 消息傳遞系統(tǒng)中的幾個問題 ? 通信鏈路 ? 顯式 /隱式建立（計算機網(wǎng)絡(luò) /單機） ? 點 點或多點連接通信鏈路 ? 單向 /雙向通信鏈路 ? 無容量 /有容量通信鏈路（緩沖區(qū)） ? 消息格式 ? 有消息頭和消息正文構(gòu)成，分定 /變長兩種 ? 進程同步方式 ? 發(fā)送 /接收進程阻塞與否（三種情況） 121 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 進程通信 進程通信概念及分類 消息傳遞通信實現(xiàn)方式 消息傳遞系統(tǒng)實現(xiàn)若干問題 消息緩沖隊列通信機制 122 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 消息緩沖隊列通信機制 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 消息緩沖區(qū) type MessageBuffer = record Sender。 // 發(fā)送者進程標識符 Size。 // 消息長度 Text。 // 消息正文 Next。 // 指向下一緩沖區(qū)的指針 End。 ? PCB通信數(shù)據(jù)項 type PCB = record MessageQueue。 //隊首指針 mutex。 // 消息隊列互斥信號量 Semphore。 // 消息隊列資源信號量 …… End。 123 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 消息緩沖隊列通信機制示意圖 Send(B,SA) …… Sender: A Size: 5 Text: Hello …… …… Receive(RB) …… Sender: A Size: 5 Text: Hello …… …… …… MessageQueue Mutex Semphore …… Sender: A Size: 5 Text: Hello Next: 0 發(fā)送區(qū) 接收區(qū) 進程 A 進程 B PCB(B) 隊首消息緩沖區(qū) 124 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 消息緩沖隊列通信機制 發(fā)送原語 Procedure Send(Receiver, SA) Begin getbuf(, Bufferi)。 ??。 ?? 。 ?? 。 ?? 0。 getid(PCB_Set, Receiver, PID)。 wait()。 insert(,Bufferi)。 signal()。 signal()。 End。 125 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 消息緩沖隊列通信機制 接收原語 Procedure Receive(RB) Begin PID ?? InternalNameOfProcess。 wait()。 wait()。 remove(, Bufferj)。 signal()。 ?? 。 ??。 ?? 。 putbuf(Bufferj)。 End。 126 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 進程通信 進程通信概念及分類 消息傳遞通信實現(xiàn)方式 消息傳遞系統(tǒng)實現(xiàn)若干問題 消息緩沖隊列通信機制 127 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 第二章 進程管理 進程的基本概念 進程控制 進程同步 經(jīng)典進程同步問題 進程通信 管程與線程 128 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程與線程 管程的基本概念 利用管程解決生產(chǎn)者 —消費者問題 線程的基本概念 線程的控制 線程間的同步與通信 線程的實現(xiàn)機制 129 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程的引入 ? 基于信號量的進程同步機制的弊端 ? 各臨界資源訪問進程均須自備同步操作 ? 大量同步操作分散不利于系統(tǒng)管理 ? 同步操作使用不當可能導致系統(tǒng)死鎖 ? 對策 ? 軟硬件資源及操作抽象描述為管程 ? 并發(fā)進程間的同步操作，分別集中于相應的管程中，由管程專職負責同步方案 130 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程的定義 初始化代碼 一組操作過程 … 共享數(shù)據(jù) 入口等待隊列 x y 條件變量 及條件隊列 緊急等待隊列 131 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程的語法 TYPE monitor_name = monitor。 共享變量說明 PROCEDURE entry P1（形參表）； 過程局部變量說明 BEGIN 語句序列 END。 …… BEGIN 初始化語句序列 END 132 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程關(guān)于進程同步互斥的保證 ? 管程特性 ? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與操作代碼的封裝性 ? 管程每次只準許一個進程進入以保證互斥 ? 條件變量 ? 進程同步操作必需設(shè)置原語 wait與 signal ? 為區(qū)別等待原因而引入條件變量 ? 不同條件變量設(shè)有不同進程等待隊列 ? signal操作處理方式 133 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程與線程 管程的基本概念 利用管程解決生產(chǎn)者 —消費者問題 線程的基本概念 線程的控制 線程間的同步與通信 線程的實現(xiàn)機制 134 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 基于管程的生產(chǎn)者子程序設(shè)計 producer: Var nextp: item。 begin repeat produce an item in nextp。 wait(empty)。 wait(mutex)。 buffer[in] ?? nextp。 in ?? (in+1) mod n。 signal(mutex)。 signal(full)。 until false。 end (nextp)。 135 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 基于管程的消費者子程序設(shè)計 consumer: Var nextc: item。 begin repeat wait(full)。 wait(mutex)。 nextc??buffer[out]。 out ?? (out+1) mod n。 signal(mutex)。 signal(empty)。 consume the item in nextc。 until false。 end (nextc)。 136 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 生產(chǎn)者 消費者管程設(shè)計要領(lǐng) ? 循環(huán)緩沖及操作機制 ? 循環(huán)緩沖 buffer: array [0..n1] of item。 ? 生產(chǎn) /消費指針 in, out: integer ?? 0, 0。 ? 已有消息數(shù)目 count: integer ?? 0。 ? 條件變量設(shè)計 ? notfull/notempty ? 針對每個條件變量 ? 設(shè)置進程等待隊列 ? 設(shè)置同步操作原語 wait與 signal 137 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 生產(chǎn)者 消費者管程設(shè)計 (待續(xù) ) TYPE producerconsumer = monitor。 var in, out, count : integer。 buffer: array [0..n1] of item。 notfull, notempty: condition。 PROCEDURE entry put(nextp: item)。 BEGIN if count=n then ()。 buffer[in] ?? nextp。 in ?? (in+1) mod n。 count ?? count + 1。 if then ()。 END。 138 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 生產(chǎn)者 消費者管程設(shè)計 (續(xù) ) PROCEDURE entry get(nextc: item)。 BEGIN if count=0 then ()。 nextc??buffer[out]。 out ?? (out+1) mod n。 count ?? count 1。 if then ()。 END。 BEGIN in ?? out ?? count ?? 0。 END 139 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程與線程 管程的基本概念 利用管程解決生產(chǎn)者 —消費者問題 線程的基本概念 線程的控制 線程間的同步與通信 線程的實現(xiàn)機制 140 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 線程的引入 ?進程并發(fā)機制缺陷分析 ? 進程并發(fā)執(zhí)行基礎(chǔ)（資源擁有與調(diào)度分派基本單位） ? 進程創(chuàng)建、切換和撤銷等操作時空開銷較大 ? 進程并發(fā)執(zhí)行程度及進程間通信效率受限 ?系統(tǒng)并發(fā)程度進一步提高的客觀需求 ? 事務(wù)處理軟件、數(shù)據(jù)庫處理軟件 ? 窗口系統(tǒng)及操作系統(tǒng)自身 ? 多處理機系統(tǒng) ?對策 ? 資源擁有與調(diào)度分派兩種屬性的分離 有何特征 ？ 141 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 線程的特征 ?輕型實體及共享進程資源 ?獨立調(diào)度和分派的基本單位 ?創(chuàng)建、撤銷、切換等系統(tǒng)開銷 ?地址空間共享及通信效率 ?系統(tǒng)并發(fā)執(zhí)行程度大大提高 與進程有何區(qū)別與聯(lián)系 ？ 142 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程與線程 管程的基本概念 利用管程解決生產(chǎn)者 —消費者問題 線程的基本概念 線程的控制 線程間的同步與通信 線程的實現(xiàn)機制 143 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 線程的控制 ?線程基本屬性 ?線程標識符、寄存器狀態(tài)、堆棧及專有存儲器 ?線程狀態(tài)、優(yōu)先級與信號屏蔽 ?線程的創(chuàng)建和終止 ?初始化線程 ?線程創(chuàng)建函數(shù)或系統(tǒng)調(diào)用 ?線程完成性終止與被迫強制性終止 ?被終止線程重新恢復運行 資源釋放 ？ “等待線程終止” 連接命令 144 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 管程與線程 管程的基本概念 利用管程解決生產(chǎn)者 —消費者問題 線程的基本概念 線程的控制 線程間的同步與通信 線程的實現(xiàn)機制 145 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 線程間的同步和通信 ?互斥鎖 ?實現(xiàn)資源互斥使用的簡單機制 ? lock/unlock兩種狀態(tài)和原語操作 ?適合于高頻使用的關(guān)鍵共享數(shù)據(jù)和程序段 ?條件變量與互斥鎖 ?互斥鎖與特定條件變量相聯(lián)系 ?互斥鎖用于短期鎖定，保證互斥進入臨界區(qū) ?條件變量用于長期等待，直至所等資源可用 ?信號量機制 ?私有信號量 /公有信號量 146 2022年 10月 23日星期日 北京交通大學計算機學院 基于互斥鎖和條件變量的線程同步 Lock(mut