操作系统课件-第三章进程管理5(同步和互斥2)

时间：2026-01-20

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经典的进程同步问题1 发送进程和接收进程的同步问题利用信号量可以解决合作进程之间的同步。例：设进程Pa,Pb通过缓冲区队列传送数据

BUF1

BUF2

.….

BUFn

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发送和接送过程满足的条件是： 1)在Pa至少送一块数据入一个缓冲区之前,Pb不可能从缓冲区中取出数据 2)Pa往缓冲队列发送数据时,至少有一个缓冲区是空的; 3)由Pa发送的数据块在缓冲队列中按先进先出(FIFO)方式排列. 描述发送过程deposit (data)和接受过程remove (data) .

BUF1

BUF2

.….

BUFn

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1)Bufempty————进程Pa的私用信号量, Buffull ————进程Pb的私用信号量; 2)Bufempty的初始值为n(n 为缓冲队列的缓冲区个数),Buffull的初始值为0; 发送过程Deposit(data),接送过程Remove(data),这两个过程必须同步，因为,因为过程deposit(data)的执行结果是过程remove(data)的执行条件,而当缓冲队列全部装满数据时,remove(data)的执行结果又是 deposit(data)的执行条件。

BUF1

BUF2

.….

BUFn

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发送过程deposit (data)和接受过程remove (data)Pa:deposit(data) begin local x P(Bufempty) 按FIFO方式选择一个空缓冲Buf(x); Buf(x)<--data Buf(x)置满标记 V(Buffull) end Pb:remove(data) begin local x P(Buffull) 按FIFO方式选择一个装满数据的缓冲Buf(x) data<--Buf(x) Buf(x)置空标记 V(Bufempty) end

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Dijkstra把同步问题抽象成一种生产者和消费者关系，计算机系统中的许多问题都可以被归结为生产者和消费者关系，例如，生产者可以是计算进程，消费者是打印进程，输入时输入进程是生产者，计算进程是消费者。我们可以通过一个缓冲区把生产者和消费者联系起来P1 C1

P2P3 .

… …. … … n

C2C3 .

Pn.

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经典的进程同步问题2 生产者 - 消费者的同步问题 (The ProceducerConsumer Problem) 举例：一个生产者一个消费者

产品

仓库

生产者把产品生产出来，送入仓库。给消费者发信号，消费者得到信号后，到仓库取产品，取走产品后给生产者发信号……

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生产者-消费者问题是相互合作进程关系的一种抽象输入——计算——打印生产者消费者

生产者消费者系统中使用资源的进程——消费者系统中释放资源同类资源的进程——生产者

一个生产者

产品仓库

一个消费者

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要解决进程的同步问题要满足的条件 1 想接收数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是满的 2 生产者想发送数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是空的同步问题由于缓冲区是临界资源，所以生产者和消费者之间必须互斥的访问临界资源

用信号量解题的关键步骤：信号量的设置；给信号量赋初值(常用的互斥和同步信号量值的大小); P、V操作安排的位置(

其中，P的顺序不能颠倒，V的顺序任意)

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设：公用信号量 mutex 表示缓冲区的个数初值为1 (消费者)私用信号量 full 表示有界缓冲区中非空单元数初值为0 (生产者)私用信号量 avail 表示有界缓冲区中空的单元数初值为n deposit(data): begin P(avail) 检查缓冲区中是否有空单元执行后n-1 P(mutex) 检查缓冲区是否可用执行后 mutex=0 送数据入缓冲区 V(full) 执行后，非空单元数加1 0+1=1 V(mutex) 释放缓冲区中的资源 end Remove(data): begin P(full) 检查缓冲区是否有数据 P(mutex) 访问缓冲区取缓冲区中某单元数据 V(avail) 取走数据以后，有界缓冲区的空单元个数加1 V(mutex) 释放缓冲区 end

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次序

deposit(data): begin P(avail)P(mutex)

送数据入缓冲区 V(full)Remove(data): begin P(full) 次序 P(mutex) 取缓冲区中某单元数据 V(avail) V(mutex)

end

V(mutex)

公用信号量,互斥时使用的信号量(二元信号量):它仅允许取值为“0”与“1”,用作互斥。它联系着一组共行进程，初值为1,每个进程均可对之施加P、V操作。

end

(消费者)私用信号量 full 表示有界缓冲区中非空单元数初值为0

私用信号量：一般信号量(资源信号量):它联系着一组共行进程，但其初值为0,或为某个正整数n,表示资源的数目，主要用于进程同步。只允许拥有它的进程对之施加P操作，对V操作没有限制

表示有界缓冲区中空的单元数初值为n

(生产者)私用信号量 avail