【正文】 5. 多線程 OS中的進程 在多線程 OS中 ， 進程是作為擁有系統(tǒng)資源的基本單位 ，通常的進程都包含多個線程并為它們提供資源 ， 但此時的進程就不再作為一個執(zhí)行的。 在線程創(chuàng)建函數(shù)執(zhí)行完后 ， 將返回一個線程標識符供以后使用 。 它可根據(jù)需要再去創(chuàng)建若干個線程 。 相應地 ， 線程在運行時 ， 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而運行； 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)行時的狀態(tài) 。 (2) 線程運行狀態(tài) 。 在 OS中的每一個線程都可以利用線程標識符和一組狀態(tài)參數(shù)進行描述 。 (4) 共享進程資源。 (2) 獨立調度和分派的基本單位。 end 7 線 程 線程的基本概念 為使程序能并發(fā)執(zhí)行 ， 系統(tǒng)還必須進行以下的一系列操作 。 ∶ = 。 ∶ = 。 remove(, i)。 j wait()。 signal()。 insert(, i)。 getid(PCB set, )。 ∶ = 。 根據(jù) ∶ = 。 由于該隊列屬于臨界資源 ， 故在執(zhí)行 insert操作的前后 ， 都要執(zhí)行 wait和 signal操作 。 發(fā)送原語首先根據(jù)發(fā)送區(qū) a中所設置的消息長度 區(qū) i， 接著 ， 把發(fā)送區(qū) a中的信息復制到緩沖區(qū) i中 。 sm。 在 PCB type processcontrol block=record … mq。 end (2) PCB中有關通信的數(shù)據(jù)項 。 text。 type message buffer=record sender。 消息緩沖隊列通信機制 1. 消息緩沖隊列通信機制中的數(shù)據(jù)結構 (1) 消息緩沖區(qū) 。 (2) 發(fā)送進程不阻塞、 接收進程阻塞。 這兩種消息格式各有其優(yōu)缺點 ， 故在很多系統(tǒng) (包括計算機網(wǎng)絡 )中 ， 是同時都用的 。 在有的 OS中 ， 采用另一種變長的消息格式 ， 即進程所發(fā)送消息的長度是可變的 。 消息的格式 在某些 OS中 ， 消息是采用比較短的定長消息格式 ， 這減少了對消息的處理和存儲開銷 。 根據(jù)通信鏈路的連接方法 ， 又可把通信鏈路分為兩類： ① 點 —點連接通信鏈路 ， 這時的一條鏈路只連接兩個結點 (進程 )； ② 多點連接鏈路 ， 指用一條鏈路連接多個 (n＞ 2)結點 (進程 )。 第二種方式是發(fā)送進程無須明確提出建立鏈路的請求 ， 只須利用系統(tǒng)提供的發(fā)送命令(原語 )， 系統(tǒng)會自動地為之建立一條鏈路 。 第一種方式是：由發(fā)送進程在通信之前 ， 用顯式的 “ 建立連接 ” 命令(原語 )請求系統(tǒng)為之建立一條通信鏈路；在鏈路使用完后 ， 也用顯式方式拆除鏈路 。 消息傳遞系統(tǒng)實現(xiàn)中的若干問題 1. 通信鏈路 (munication link) 為使在發(fā)送進程和接收進程之間能進行通信 ， 必須在兩者之間建立一條通信鏈路 。 (4) 多對多關系 。 (3) 一對多關系 。 (2) 多對一關系 。 在利用信箱通信時 ， 在發(fā)送進程和接收進程之間 ， 存在以 (1) 一對一關系 。 3) 它由某進程創(chuàng)建 ， 在創(chuàng)建時或創(chuàng)建后 ， 指明它是可共享的 ， 同時須指出共享進程 (用戶 )的名字 。 顯然 ， 公用信箱應采用雙向通信鏈路的信箱來實現(xiàn) 。 2) 它由操作系統(tǒng)創(chuàng)建 ， 并提供給系統(tǒng)中的所有核準進程使用 。 這種私用信箱可采用單向通信鏈路的信箱來實現(xiàn) 。 1) 用戶進程可為自己建立一個新信箱 ， 并作為該進程的一部分 。 從指定信箱中接收一個消息； 信箱可由操作系統(tǒng)創(chuàng)建 ， 也可由用戶進程創(chuàng)建 ， 創(chuàng)建者是信箱的擁有者 。 Send(mailbox, message)。 (2) 消息的發(fā)送和接收 。 創(chuàng)建者進程應給出信箱名字 、 信箱屬性 (公用 、私用或共享 )；對于共享信箱 ， 還應給出共享者的名字 。 間接通信方式 (1) 信箱的創(chuàng)建和撤消 。 … consume the item in nextc。 until false。 生產(chǎn)者 消費者的通信過程可分別描述如下： repeat … produce an item in nextp。當生產(chǎn)者生產(chǎn)出一個產(chǎn)品 (消息 )后 ， 便用 Send原語將消息發(fā)送給消費者進程；而消費者進程則利用 Receive原語來得到一個消息 。 對于這樣的應用 ， 在接收進程接收消息的原語中的源進程參數(shù) ， 是完成通信后的返回值 ， 接收原語可表示為： Receive (id, message)。 在某些情況下 ， 接收進程可與多個發(fā)送進程通信 ，因此 ， 它不可能事先指定發(fā)送進程 。 接收 Sender 例如 ， 原語 Send(P2, m1)表示將消息 m1發(fā)送給接收進程 P2。 通常 ， 系統(tǒng)提供下述兩條通信命令 (原語 ) Send(Receiver, message)。 消息傳遞通信的實現(xiàn)方法 1. 這是指發(fā)送進程利用 OS所提供的發(fā)送命令 ， 直接把消息發(fā)送給目標進程 。 當讀進程讀一空 pipe時 ， 也應睡眠等待 ， 直至寫進程將數(shù)據(jù)寫入管道后 ， 才將之喚醒 。 為了協(xié)調雙方的通信 ， 管道機制必須提供以下三方面的協(xié)調能力： ① 互斥 ， 即當一個進程正在對 pipe執(zhí)行讀 /寫操作時 ， 其它 (另一 )進程必須等待 。 由于發(fā)送進程和接收進程是利用管道進行通信的 ， 故又稱為管道通信 。 3. 管道 (Pipe) 所謂 “ 管道 ” ， 是指用于連接一個讀進程和一個寫進程以實現(xiàn)他們之間通信的一個共享文件 ， 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 )進行通信 。 消息傳遞系統(tǒng) (Message passing system) 不論是單機系統(tǒng) 、 多機系統(tǒng) ， 還是計算機網(wǎng)絡 ， 消息傳遞機制都是用得最廣泛的一種進程間通信的機制 。 end 6 進 程 通 信 進程通信的類型 1. 共享存儲器系統(tǒng) (SharedMemory System) (1) 基于共享數(shù)據(jù)結構的通信方式。 consume the item in nextc。 until false。 count ∶ = 0 end 在利用管程解決生產(chǎn)者 消費者問題時， 其中的生產(chǎn)者和消費者可描述為： producer:begin repeat produce an item in nextp。 if then 。 out ∶ = (out+1) mod n。 end procedure entry get(item) begin if count≤0 then 。 count ∶ = count+1。 buffer(in) ∶ = nextp。 notfull, notempty:condition。 type producerconsumer=monitor Var in,out,count:integer。 (2) get(item)過程 。 (1) put(item)過程 。 (1) put(item)過程 。 但是 Hansan卻采用了第一種處理方式。 (2) Q等待 ， 直至 P離開管程或等待另一條件 。 因為 ， 后者總是要執(zhí)行 s∶ =s+1操作 ， 因而總會改變信號量的狀態(tài) 。 應當指出 ， ， 是重新啟動一個被阻塞的進程 ， 但如果沒有被阻塞的進程 ， 則 何后果 。 例如 ， 由于共享數(shù)據(jù)被占用而使調用進程等待 ， 該條件變量的形式為： nonbusy:condition。 end 條件變量 管程中對每個條件變量 ， 都須予以說明 ， 其形式為： Var x, y:condition。 begin … end。 begin … end。 begin … end。 此外 ， 還須為管程賦予一個名字 。 until false。 perform write operation。 end writer:begin repeat Swait(mx,1,1。 … Ssignal(L,1)。 Swait(mx,1,0)。 L, mx:semaphore ∶ = RN,1。 until false。 perform write operation。 until false。 if readcount=0 then signal(wmutex)。 … wait(rmutex)。 signal(rmutex)。 if readcount=0 then wait(wmutex)。 Readcount:integer ∶ = 0。 又因為 Readcount是一個可被多個 Reader進程訪問的臨界資源 ， 因此 ， 應該為它設置一個互斥信號量 rmutex。 若 wait(Wmutex)操作成功 ， Reader進程便可去讀 ， 相應地 ， 做 Readcount+1操作 。 由于只要有一個 Reader進程在讀 ， 便不允許 Writer進程去寫 。 讀者 寫者問題 1. 利用記錄型信號量解決讀者 寫者問題 為實現(xiàn) Reader與 Writer進程間在讀或寫時的互斥而設置了一個互斥信號量 Wmutex。 Ssignat(chopstick ［ (i+1) mod 5］ , chopstick ［ i］ )。 Sswait(chopstick［ (i+1) mod 5］ , chopstick ［ i］ )。 Var chopsiick array ［ 0, …, 4］ of semaphore ∶ = (1,1,1,1,1)。即五位哲學家都先競爭奇數(shù)號筷子 ， 獲得后 ， 再去競爭偶數(shù)號筷子 ， 最后總會有一位哲學家能獲得兩只筷子而進餐 。 (3) 規(guī)定奇數(shù)號哲學家先拿他左邊的筷子 ， 然后再去拿右邊的筷子；而偶數(shù)號哲學家則相反 。 (1) 至多只允許有四位哲學家同時去拿左邊的筷子 ，最終能保證至少有一位哲學家能夠進餐 ， 并在用畢時能釋放出他用過的兩只筷子 ， 從而使更多的哲學家能夠進餐 。 … think。 … signal(chopstick［ i］ )。 wait(chopstick［ (i+1) mod 5］ )。 Var chopstick: array［ 0, …, 4］ of semaphore。 end p