进程同步与互斥:操作系统核心技术详解
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更新于2024-07-01
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本教学课件主要探讨的是操作系统中的重要概念——进程同步。在第六章,内容围绕进程的互斥和同步展开,这是多任务环境下的关键主题,旨在确保并发进程的正确协调和资源的有效利用。进程互斥是指多个进程对同一资源的访问必须是互斥进行,以避免数据竞争和不一致性。而进程同步则是通过控制进程的执行顺序,使得并发执行的进程能在适当的时间进入或退出临界区,确保资源的访问秩序。
"临界资源"是课程的核心概念,它指的是一次仅允许一个进程使用的共享资源,如打印机、数据库连接等。为了实现互斥,课件介绍了两种方法:软件方法和硬件方法。软件方法通常使用信号量来管理临界区,这是一种简单的计数机制,用来控制对临界资源的访问。信号量可以被设置为正数(表示可用资源数量),负数(表示等待队列)或零(表示不可访问)。经典的同步问题包括生产者消费者问题、读者写者问题等,这些都被作为案例来分析。
管程(Monitor)是另一种高级同步工具,它提供了更复杂且安全的并发控制,通过封装一组相关操作和状态,为并发进程提供了一种更为直观和安全的编程接口。课程中通过简化后的售票系统例子,展示了进程互斥和同步的重要性,以及可能出现的问题,如共享全局变量的无保护访问导致的数据不一致。
例如,第一个简化售票系统例子中,通过BACI(Berkeley Advanced Course in Interprocess Communication)工具观察并发进程执行结构,展示了并发环境中的并发行为。第二个例子进一步分析了共享全局变量(如整型变量n)的不当控制导致的错误,强调了访问控制在并发程序设计中的必要性。
在6.1节的背景部分,可能涉及进程同步的概念历史、理论基础以及其在现代操作系统中的应用,帮助学生理解为何进程同步在并发系统设计中如此关键,以及它如何解决并发中的复杂性。
这一课件深入浅出地讲解了进程同步的基本原理,通过实例和理论相结合的方式,使学习者能够掌握在操作系统中管理和控制并发进程的关键技术。
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