操作系统互斥与同步:信号量解决临界区问题
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更新于2024-08-05
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"操作系统期末复习资料,包含临界区互斥访问、死锁预防和超市购物同步算法等知识点。"
操作系统是计算机系统的核心组件之一,它管理着硬件资源和软件进程,确保系统的稳定运行。本资料主要涉及了操作系统中三个重要的概念:临界区互斥控制、死锁以及进程同步。
1. 临界区互斥控制:
临界区是指一段程序代码,执行时需要独占资源,避免并发执行导致数据不一致。这里讨论了两种情况下的互斥算法:
(1) 一次只允许一个进程进入临界区:利用信号量s实现。s的初值为1,表示有一个临界资源可用。当进程需要进入临界区时,执行P(s),如果s为1,则减为0,进程进入;否则,进程被阻塞。完成临界区操作后,执行V(s),将s加1,唤醒等待的进程。信号量s的值变化范围[-(k-1),…,-1,0,1],负值表示有等待进程,正值表示资源可用。
(2) 一次允许m个进程进入临界区:同样利用信号量s,初值为m。P(s)和V(s)操作逻辑不变,但此时s的范围[-(k-m),…,-1,0,1,…,m],表示最多m个进程可以同时在临界区内。
2. 死锁预防:
死锁是多个进程相互等待对方释放资源而无法继续执行的现象。针对题目中的交通路口模型,当四个路口的车辆形成循环等待时,会发生死锁。防止死锁的一种简单方法是采用银行家算法或资源预分配策略,例如设定信号量S1-S4,初值均为1,代表路口资源。通过限制P、V操作,确保任何时刻不会出现无法满足的资源请求,从而避免死锁。
3. 进程同步与超市购物算法:
超市购物场景中,市场科可以容纳100人同时购物,而入口和出口仅允许单人通过,篮子数量有限。这个问题可以通过信号量解决,设置三个信号量:S_entry(入口),S_basket(篮子),S_exit(出口),初值分别为1(表示允许一人进入)、100(篮子数量)、1(允许一人离开)。
- 进入:P(S_entry),获取篮子P(S_basket),进入购物区。
- 购物:购物完成后,将篮子放回V(S_basket)。
- 结账离开:P(S_exit),离开购物区。
以上内容详细介绍了操作系统中关于进程互斥、死锁预防和进程同步的关键概念,是操作系统期末复习的重要内容。理解并掌握这些知识点,有助于深入理解操作系统的运行机制。
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