OS第二章2.ppt

操作系统中的进程管理是确保多进程并发执行时能够有效协调、资源共享和互不干扰的重要机制。在第二章中，我们主要探讨了进程同步的基本概念、信号量机制及其应用。 进程同步是为了确保并发执行的进程能够按照一定的规则或时序正确地共享资源和协作。这种同步涉及两种制约关系：一是间接相互制约，源于进程对共享资源的竞争；二是直接相互制约，源自进程间的合作依赖。临界资源是指必须互斥访问的资源，比如生产者-消费者问题中的缓冲区。访问临界资源的代码段称为临界区，进入、退出和剩余区构成了临界区的完整访问过程。 为了保证进程安全地进入和退出临界区，需要遵循四个基本准则：空闲让进、忙则等待、有限等待和让权等待。这些准则避免了进程的死锁和忙等现象，确保了系统的高效和公平。 信号量是一种强大的进程同步工具，包括整型信号量、纪录型信号量、AND型信号量和信号量集。整型信号量通过P（wait）和V（signal）操作来改变其值，但可能导致进程的忙等。而纪录型信号量引入了等待队列，当资源不足时，进程会被自动阻塞，从而实现“让权等待”，避免了忙等，提高了系统效率。 以生产者-消费者问题为例，可以通过纪录型信号量解决。在这个问题中，多个生产者进程和消费者进程共享一个有限大小的缓冲池。生产者将产品放入缓冲区，消费者从缓冲区取出产品。为了确保生产者不会在缓冲区满时继续生产，而消费者不会在缓冲区空时尝试取出产品，我们需要设置多个信号量，如mutex用于互斥访问缓冲池，empty和full分别表示空缓冲区和满缓冲区的数量，in和out则用于指示缓冲区的当前位置。 具体来说，生产者在放入产品前会检查buffer是否为空，消费者在取出产品前会检查buffer是否为满。如果满足条件，相应的P操作（wait）会减小信号量的值，如果不满足条件，生产者或消费者会被阻塞直到条件满足。反之，当生产者成功放入产品或消费者成功取出产品后，相应的V操作（signal）会增加信号量的值，可能唤醒被阻塞的进程。 总结来说，进程同步是操作系统中不可或缺的一部分，它涉及到进程间通信、资源管理和并发控制。通过理解并掌握信号量机制，我们可以有效地解决多进程环境中的同步和互斥问题，确保系统稳定、高效地运行。在实际应用中，还需要结合其他同步原语和算法，如管程、Monitor等，以应对更复杂的情况。