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操作系统临界区分为几个部分原理是什么

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  操作系统临界资源是指一次只能被一个进程所占用的资源,那么具体运行过程是怎样的呢?下面由学习啦小编为大家整理了操作系统临界资源的相关知识,希望对大家有帮助。

  对于临界区的访问过程分为四个部分:

  1.进入区:查看临界区是否可访问,如果可以访问,则转到步骤二,否则进程会被阻塞

  2.临界区:在临界区做操作

  3.退出区:清除临界区被占用的标志

  4.剩余区:进程与临界区不相关部分的代码

  互斥的要求:

  必须强制实施互斥,即一次只允许一个进程进入临界区。一个在非临界区停止的程序不能干涉其他程序。有限等待,即决不允许需要访问临界区的进程被无限延迟的情况,即死锁或饿死,有空让进,临界区空闲时,请求程序可进,对相关进程的执行速度和处理器的速度没有任何要求和限制。一个进程驻留在临界区的时间必须是有限的。

  互斥的实现:

  软件的方法:由并发执行进程担任这个责任

  机器指令:减少开销,但不能通用

  2.补充资料:操作系统实现临界区互斥的基本方法

  硬件实现方法

  中断禁用

  单处理器中并发进程不能重叠只能交替,一个进程一直运行到调用系统服务或被中断。保证互斥只需保证一个进程不被中断

  缺点:一长时间中断禁止,中断效率会降低。二不能用于多处理结构中

  专用机器指令

  用于保证访问的原子性。1、比较和交换指令(compare and swap)、2、Exchange指令

  机器指令方法的特点:

  1、适合在单处理器或共享内存的多处理器上的任何数目的进程

  2、非常简单且易于证明

  3、可用于支持多个临界区,可用自己的变量定义

  缺点

  1、忙等待,进程等待进入临界区,仍然会继续消耗CPU的时间

  2、可能饥饿,当需要等待程序进入时,某些可能被无限拒绝

  3、可能死锁,低优先级的进程占用高优先级的进程所需的资源

  信号量实现方法

  解决并发问题基本原理

  两个或多个进程可以通过简单的信号进行合作,一个进程可以被迫在某一个位置停止,直到它接到某一个特定的信号。复杂的合作需求都可以通过适当的信号结构完成。只需要一个特殊的变量(整数型):称为信号量

  信号量的三个操作

  1、信号量s可以初始化成非负数

  用于互斥:s=1

  用于同步:s>=0

  2、semWait(s)进程请求分配一个资源,操作使信号量减1,若为负。进程阻塞。否则继续执行

  3、semSignal(s)进程释放一个资源,操作使信号量加1,若小于或等于0.则阻塞的进程被解除阻塞

  信号量的使用规则

  1、semWait和seSignal必须成对出现

  互斥时,位于同一进程,临界区的前后

  同步时,交错出现在两个合作进程内

  2、多个seWait次序不能颠倒,否则可能导致死锁

  3、用于同步的semWait应出现在用于互斥的semSignal之前

  4、多个semSigal次序可以任意

  5、在进程对信号量减1之前无法提前知道该信号量是否会被阻塞

  6、当进程对一个信号量加1后。另一个进程会被唤醒,两个进程继续并发运行

  7、在向信号量发出信号后,不需要知道是否有另一个进程在正在等待,被解除阻塞的进程数量或者没有或者是1

  管程实现方法

  信号量为实施互斥和进程间合作提供了强大灵活的工具,但存在难点。即semWait和semSignal操作可能分布在整个程序中,很难看出整体效果,因此提出管程(Monitor),一个程序设计语言结构,可以锁定任何对象,提供与信号量相同的功能,更易于控制

  使用信号的管程

  定义:管程由一个或多个进程、一个初始化序列和局部数据组成的软件模块

  特点:

  1、局部数据变量只能被管程的过程访问,任何外部过程都不能访问

  2、一个进程通过调用管程的一个过程进入管程

  3、在任何时候、只能有一个进程在管程中执行,调用管程的其他任何程序都被阻塞

  管程的几个要素

  1、管程中的共享变量在外部不可见,只能通过管程内所说明的过程间接访问

  2管程必须互斥进入:管程中的数据变量每次只能被一个进程访问,保证数据完整性

  3、管程通常用来管理资源,应当没有进程等待队伍、相应的等待及唤醒

  4、Q进去管程等待时,释放管程互斥权,P进入管程,唤醒Q

  P等待Q继续,直到Q退出或等待

  P等待Q继续,直到P退出或等待

  规定唤醒为进程中最后一个操作

  利

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