Windows操作系统中临界资源访问控制

"临界资源的访问过程-Windows操作系统原理课程讲义5" 在操作系统中，临界资源的访问是一个核心问题，特别是在多任务环境下的并发执行中。临界资源是指那些一次只能被一个进程访问的硬件或软件资源，如打印机、共享数据结构等。为了确保这些资源的正确使用，操作系统采用了一系列的机制来实现进程的互斥和同步。 **进程互斥** 是指在同一时刻，只有一个进程能访问临界资源，以防止数据的不一致性。例如，在飞机订票系统的场景中，如果有两个进程（T1和T2）尝试同时减小同一张票的库存，如果没有互斥控制，可能导致票数的负值错误。为了避免这种冲突，操作系统引入了**临界区** 的概念。临界区是访问临界资源的那段代码，进程在进入和离开临界区时需要特定的协调策略。 **进入区** 是在进程试图进入临界区前的一段代码，用于检查是否可以安全进入。如果当前没有其他进程在访问临界区，进程会设置一个标识，表明它正在使用资源。**退出区** 是在退出临界区后执行的代码，用于清理“正在访问临界区”的标志，以便其他进程可以继续访问。**剩余区** 是临界区之外的代码，这部分代码可以并发执行，不会引发资源冲突。 **同步** 是指多个进程在执行过程中，通过某种方式协调它们的执行顺序，以达到预期的结果。比如在3个进程(get, process, print)的例子中，可能需要保证get先获取数据，process处理数据，最后print打印结果。为了实现这样的顺序，可以使用**信号量**，一个用于控制资源访问的同步工具，或者使用**管程**，一种高级的同步原语，它提供了更安全的共享数据访问。 **经典进程同步问题** 包括生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家就餐问题等，这些问题都涉及到了如何协调多个进程的执行，以避免资源竞争和死锁。在Windows 2000/XP操作系统中，提供了多种进程互斥和同步机制，如事件对象、信号量、互斥体等。 **同步机制应遵循的准则** 包括： 1. **空闲则入**：当临界区无进程时，新请求应被允许进入。 2. **无空等待**：已处于临界区的进程不应阻碍其他进程的进入。 3. **有限等待**：等待的进程应在有限时间内进入临界区，避免无限等待。 4. **让权等待**：无法进入临界区的进程应释放CPU，进入阻塞状态。 **死锁** 和**饥饿** 是并发控制中需要避免的两种情况。死锁是多个进程互相等待对方释放资源导致的状态，而饥饿则是进程永远无法获得资源执行的情况。操作系统设计的同步机制旨在防止这两种情况的发生，以确保系统稳定和高效。 总结来说，操作系统通过临界区、互斥算法、信号量、管程等机制，以及遵循特定的同步准则，来管理和协调对临界资源的访问，保证多进程环境下的正确执行和资源的有效利用。