【正文】 (2) 線程是進(jìn)程的一部分；它沒(méi)有自己的地址空間；它和進(jìn)程中的其他線程一起分享本進(jìn)程的所有資源。 ? 已被終止但尚未釋放資源的線程，仍可被其他線程調(diào)用，重新恢復(fù)運(yùn)行。 但有些線程 (主要是系統(tǒng)線程 )，在它們一旦被建立起來(lái)之后，便一直運(yùn)行下去而不再被終止。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 線程的創(chuàng)建與終止 (1)線程的創(chuàng)建 應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí) (進(jìn)程創(chuàng)建時(shí) )，由 OS為它創(chuàng)建“初始化”線程，在控制塊中填入初始的狀態(tài)參數(shù)； 在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中，可根據(jù)需要由“初始化”線程使用創(chuàng)建原語(yǔ) (系統(tǒng)調(diào)用 )創(chuàng)建新的線程。 相應(yīng)地 ， 線程在運(yùn)行時(shí) ， 也具有下述三種基本狀態(tài)： ① 執(zhí)行狀態(tài) ， 表示線程正獲得處理機(jī)而運(yùn)行； ② 就緒狀態(tài) ， 指線程已具備了各種執(zhí)行條件 ， 一旦獲得 CPU便可執(zhí)行的狀態(tài)； ③ 阻塞狀態(tài) ， 指線程在執(zhí)行中因某事件而受阻 ， 處于暫停執(zhí)行時(shí)的狀態(tài) 。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 (2) 線程運(yùn)行狀態(tài) 。 在 OS中的每一個(gè)線程都可以利用線程標(biāo)識(shí)符和一組狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行描述 。 線程調(diào)度不涉及資源切換，只涉及處理機(jī)調(diào)度 。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 線程的定義 線程是進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度的基本單位，又稱(chēng)為輕權(quán)進(jìn)程。于是就引進(jìn)了線程的概念。 P185186 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 (2) SMP的出現(xiàn)，要求進(jìn)程內(nèi)部的不同程序段之間也能并發(fā)執(zhí)行。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 第 七 節(jié) 線 程 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 一、線程的概念 引入“線程”的原因： (1) 并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程，其基本屬性是：可擁有資源的獨(dú)立單位；可獨(dú)立調(diào)度和分派的獨(dú)立單位。 消息隊(duì)列資源信號(hào)量 (消息計(jì)數(shù)器 ) … end 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 OS提供數(shù)據(jù)發(fā)送、接收原語(yǔ) P179~183 在采用消息緩沖隊(duì)列機(jī)制進(jìn)行進(jìn)程通信時(shí)，OS在進(jìn)程的 PCB中設(shè)置專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并提供通信原語(yǔ)；用戶(hù)程序則使用通信原語(yǔ)直接進(jìn)行進(jìn)程通行。 消息隊(duì)列隊(duì)首指針 mutex。 在利用消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制時(shí) ， 在設(shè)置消息緩沖隊(duì)列的同時(shí) ， 還應(yīng)增加用于對(duì)消息隊(duì)列進(jìn)行操作和實(shí)現(xiàn)同步的信號(hào)量 ， 并將它們置入進(jìn)程的 PCB中 。 消息正文 next。 發(fā)送者進(jìn)程標(biāo)識(shí)符 size。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (1) 消息緩沖區(qū) ， 是消息緩沖隊(duì)列的結(jié)點(diǎn) ， 是這種通信方式使用的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 。 另外， 當(dāng)消息緩沖隊(duì)列為空時(shí)，接收進(jìn)程不能對(duì)它進(jìn)行操作。 接收進(jìn)程 則在自己的內(nèi)存空間設(shè)置一個(gè)接收區(qū)b，接收消息時(shí)，調(diào)用 接收原語(yǔ) 將自己的消息緩沖隊(duì)列中的第一個(gè)消息摘取下來(lái)，并將數(shù)據(jù)復(fù)制到接收區(qū) b中，然后釋放 緩沖區(qū) 。然后將 i掛在接收進(jìn)程的消息緩沖隊(duì)列上。 它的基本思想： 發(fā)送進(jìn)程 在利用發(fā)送原語(yǔ)發(fā)送消息之前，先在自己的內(nèi)存空間，設(shè)置一發(fā)送區(qū) a，把待發(fā)送的消息正文、發(fā)送進(jìn)程標(biāo)識(shí)符、消息長(zhǎng)度等信息填入其中，然后調(diào)用 發(fā)送原語(yǔ) ，把消息發(fā)送給目標(biāo) (接收 )進(jìn)程。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 消息傳遞系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)涉及的若干問(wèn)題 在單機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，高級(jí)通信普遍采用消息傳遞。允許建立一個(gè)公用信箱，讓多個(gè)進(jìn)程都能向信箱中投遞消息；也可從信箱中取走屬于自己的消息。允許一個(gè)發(fā)送進(jìn)程與多個(gè)接收進(jìn)程進(jìn)行交互，使發(fā)送進(jìn)程可用廣播方式，向接收者 (多個(gè) )發(fā)送消息。 允許提供服務(wù)的進(jìn)程與多個(gè)用戶(hù)進(jìn)程之間進(jìn)行交互 ， 也稱(chēng)為客戶(hù) /服務(wù)器交互 (client/server interaction)。 這時(shí)可為發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程建立一條兩者專(zhuān)用的通信鏈路 ， 使兩者之間的交互不受其他進(jìn)程的干擾 。信箱的擁有者和共享者 ， 都有權(quán)從信箱中取走發(fā)送給自己的消息 。 通常 ， 公用信箱在系統(tǒng)運(yùn)行期間始終存在 。 核準(zhǔn)進(jìn)程既可把消息發(fā)送到該信箱中 ，也可從信箱中讀取發(fā)送給自己的消息 。 當(dāng)擁有該信箱的進(jìn)程結(jié)束時(shí) ， 信箱也隨之消失 。 信箱的擁有者有權(quán)從信箱中讀取消息 ， 其他用戶(hù)則只能將自己構(gòu)成的消息發(fā)送到該信箱中 。 據(jù)此 ， 可把信箱分為以下三類(lèi) 。 Send(mailbox, message)， 將一個(gè)消息發(fā)送到指定信箱； Receive(mailbox, message)， 從指定信箱中接收一個(gè)消息 。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 (2) 消息的發(fā)送和接收。 創(chuàng)建者進(jìn)程應(yīng)給出 信箱名字 、 信箱屬性 (公用 、 私用或共享 )；對(duì)于共享信箱 ， 還應(yīng)給出 共享者的名字 。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 OS為郵箱通信提供了一組原語(yǔ)： (1) 信箱的創(chuàng)建和撤消 。 信息在郵箱中可以安全地保存，只允許核準(zhǔn)的用戶(hù)進(jìn)行訪問(wèn)。 信箱頭描述它的名稱(chēng)、大小、方向、 擁有者 等控制信息。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 消息傳遞通信之間接通信方式 郵箱通信 (非實(shí)時(shí)通信 ) 郵箱是由發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程共享的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)體，用來(lái)暫時(shí)存放發(fā)送進(jìn)程發(fā)給接收進(jìn)程的消息。 until false。 repeat receive(producer, nextc)。 … send(consumer, nextp)。 如果消息尚未生產(chǎn)出來(lái) ， 消費(fèi)者必須等待 ， 直至生產(chǎn)者進(jìn)程將消息發(fā)送過(guò)來(lái) 。對(duì)于這樣的應(yīng)用 ， 在接收進(jìn)程接收消息的原語(yǔ)中的 源進(jìn)程參數(shù) ， 是完成通信后的返回值 ，接收原語(yǔ)可表示為： Receive (id, message)。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 在某些情況下 ， 接收進(jìn)程可與多個(gè)發(fā)送進(jìn)程通信 ， 因此 ， 它不可能事先指定發(fā)送進(jìn)程 。 接收一個(gè)發(fā)送進(jìn)程發(fā)來(lái)的消息； 例如 ， 原語(yǔ) Send(P2, m1)表示將消息 m1發(fā)送給接收進(jìn)程 P2。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 通信命令 (原語(yǔ) )的格式： Send(Receiver, message)。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 二、消息傳遞通信的實(shí)現(xiàn) 消息傳遞通信之直接通信方式 (實(shí)時(shí)通信 ) 發(fā)送、接收信息的雙方進(jìn)程，使用一對(duì)發(fā)送 /接收原語(yǔ)來(lái)完成數(shù)據(jù)的交換。 由于發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程是利用管道進(jìn)行通信的 ， 故又稱(chēng)為管道通信 。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 管道 (Pipe)通信 所謂 “ 管道 ” ， 是指用于連接一個(gè)讀進(jìn)程和一個(gè)寫(xiě)進(jìn)程以實(shí)現(xiàn)他們之間通信的一個(gè) 共享文件 ， 又名 pipe文件 。 消息傳遞系統(tǒng)的通信方式屬于高級(jí)通信方式 。 程序員直接 利用系統(tǒng)提供的一組通信命令 (原語(yǔ) )進(jìn)行通信 。據(jù)此，又可以把它們分為以下兩種類(lèi)型： (1) 基于共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式 P151 (2) 基于共享存儲(chǔ)區(qū)的方式 P152 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 消息傳遞系統(tǒng) (Message passing system) 不論是單機(jī)系統(tǒng) 、 多機(jī)系統(tǒng) ， 還是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) ，消息傳遞機(jī)制都是用得最廣泛的一種進(jìn)程間通信的機(jī)制 。 以下介紹的是進(jìn)程間的高級(jí)通信。（其主要原因參考教材 P65） 高級(jí)通信：用戶(hù)在程序中利用操作系統(tǒng)提供的通信命令 (系統(tǒng)調(diào)用 )，高效、大批量地傳送數(shù)據(jù)。一般只傳送幾個(gè)字節(jié)，達(dá)到控制進(jìn)程執(zhí)行速度的作用，由 P、 V原語(yǔ)來(lái)完成； 進(jìn)程的同步與互斥就是一種低級(jí)通信，信號(hào)量機(jī)制和 P、 V操作只能傳遞控制信號(hào)，控制信號(hào)本身 不包含任何數(shù)據(jù) 。 until false。 perform write operation。 until false。 if readcount=0 then signal(wmutex)。 … 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 wait(rmutex)。 signal(rmutex)。 if readcount=0 then wait(wmutex)。 Readcount:integer∶ =0。 Rmutex：初值為 1，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)公共變量Readcount的互斥訪問(wèn)； 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 讀寫(xiě)進(jìn)程間的制約關(guān)系：在讀進(jìn)程中，wait(Wmutex)通知 “ 寫(xiě)者 ” 第一個(gè)讀者來(lái)了、 signal(Wmutex)通知 “ 寫(xiě)者 ” 最后一個(gè)讀者走了。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 問(wèn)題涉及的信號(hào)量： Wmutex：初值為 1，用于讀寫(xiě)進(jìn)程間、或?qū)憣?xiě)進(jìn)程間實(shí)現(xiàn)互斥； 公共變量 Readcount：計(jì)數(shù)器，表示當(dāng)前有多少個(gè)進(jìn)程在讀共享的數(shù)據(jù)文件，初值為 0。 利用 AND型信號(hào)量機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)五只筷子的互斥使用：教材 P62 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 三、讀者 寫(xiě)者問(wèn)題 問(wèn)題描述：一個(gè)數(shù)據(jù)文件被多個(gè)進(jìn)程共享，我們將只要求讀文件的進(jìn)程稱(chēng)為“讀者”，將其他進(jìn)程稱(chēng)為“寫(xiě)者”。 按此規(guī)定 ， 將是 2號(hào)哲學(xué)家競(jìng)爭(zhēng) 1號(hào)筷子； 4號(hào)哲學(xué)家競(jìng)爭(zhēng) 3號(hào)筷子 。 (2) 僅當(dāng)哲學(xué)家的左 、 右兩只筷子均可用時(shí) ，才允許他拿起筷子進(jìn)餐 。 until false。 signal(chopstick［ (i+1) mod 5］ )。 … eat。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 所有信號(hào)量均被初始化為 1， 第 i位哲學(xué)家的活動(dòng)可描述為： repeat wait(chopstick［ i］ )。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)筷子的互斥使用，可以用一個(gè)信號(hào)量表示一只筷子，由這五個(gè)信號(hào)量構(gòu)成信號(hào)量數(shù)組。進(jìn)餐畢，放下筷子，繼續(xù)思考。他們的生活方式是交替的進(jìn)行思考和進(jìn)餐。應(yīng)先執(zhí)行對(duì)資源信號(hào)量的 wait操作，然后再執(zhí)行對(duì)互斥信號(hào)量的 wait操作，否則可能引起進(jìn)程死鎖。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 并發(fā)執(zhí)行的生產(chǎn)者、消費(fèi)者進(jìn)程描述為： 生產(chǎn)者： 消費(fèi)者： Wait(empty) Wait(full) Wait(mutex) Wait(mutex) 向緩沖區(qū)存入 從緩沖區(qū)取出 一個(gè)數(shù)據(jù)； 一個(gè)數(shù)據(jù)； Signal(full) Signal(empty) Signal(mutex) Signal(mutex) 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 注意： (1)并發(fā)執(zhí)行的、對(duì)于同一資源的生產(chǎn)者和消費(fèi)者進(jìn)程可以有多個(gè)； (2)在每個(gè)程序中用于實(shí)現(xiàn)互斥的 wait(mutex)和signal(mutex)必須成對(duì)地出現(xiàn)； (3)實(shí)現(xiàn)同步時(shí)，對(duì)資源信號(hào)量 empty和 full的 wait和 signal操作，同樣需要成對(duì)地出現(xiàn)，但它們分別處于不同的程序中。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 這里設(shè)三個(gè)信號(hào)量： empty：表示緩沖區(qū)目前的空單元數(shù)，初值為 n(緩沖區(qū)的大小 )； full：表示緩沖區(qū)中目前存放的未被打印數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，初值為 0； mutex：控制對(duì)緩沖區(qū)互斥訪問(wèn)的信號(hào)量，初值為 1。 生產(chǎn)者和消費(fèi)者通過(guò)緩沖區(qū)傳遞信息，它們具有同步關(guān)系；生產(chǎn)者和消費(fèi)者都要訪問(wèn)臨界資源 緩沖區(qū)，它們之間有互斥關(guān)系。 第 2 章 進(jìn) 程 管 理 解決生產(chǎn)者 —消費(fèi)者問(wèn)題的方法 例如，有一個(gè)大小為 n的公共緩沖區(qū)，生產(chǎn)者進(jìn)程向其中存入數(shù)據(jù)，消費(fèi)者進(jìn)程從其中取數(shù)據(jù)去打印。 (對(duì)于硬件資源和數(shù)據(jù)資源，意義略有不同。我們把 申請(qǐng)使用 某類(lèi)資源的進(jìn)程，稱(chēng)為這類(lèi)資源的 消費(fèi)者 ，把產(chǎn)生或釋放 某類(lèi)資源的進(jìn)程，稱(chēng)為這類(lèi)資源的 生產(chǎn)者 。這樣的信號(hào)量稱(chēng)為 私有 信號(hào)量。 end。 wait(g)。 begin wait(e)。 signal(g)。