操作系統(tǒng)第5講

操作系統(tǒng)概念

第五講進(jìn)程通信OperatingSystemConceptionDavidfu上章回顧什么是臨界區(qū)？什么是信號(hào)量，如何定義初始值？OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要進(jìn)程通信(InterprocessCommunication)消息、郵箱機(jī)制共享內(nèi)存機(jī)制管道機(jī)制進(jìn)程通信實(shí)例解析死鎖(DeadLock)死鎖的概念產(chǎn)生死鎖的必要條件死鎖的排除方法死鎖實(shí)例解析OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－分類(1)在單機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)程間通信方式可分為4種：主從式（master/servantsystem)主進(jìn)程可以自由使用從進(jìn)程資源從進(jìn)程的動(dòng)作受到主進(jìn)程的限制主進(jìn)程和從進(jìn)程關(guān)系固定應(yīng)用于終端控制進(jìn)程和終端進(jìn)程O(píng)peratingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－分類(2)會(huì)話式(Dialoguesystem)使用進(jìn)程在使用服務(wù)進(jìn)程提供的服務(wù)前，必須得到許可服務(wù)進(jìn)程根據(jù)使用進(jìn)程的要求提供服務(wù)，單控制權(quán)屬于服務(wù)進(jìn)程本身使用進(jìn)程和服務(wù)進(jìn)程關(guān)系固定應(yīng)用于用戶進(jìn)程和磁盤(pán)管理OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－分類(3)消息或郵箱機(jī)制只要存在空緩存區(qū)或郵箱，發(fā)送進(jìn)程就可以發(fā)送消息發(fā)送進(jìn)程和接受進(jìn)程無(wú)直接聯(lián)系發(fā)送進(jìn)程和接受進(jìn)程之間存在緩沖區(qū)或郵箱用來(lái)存放被傳輸?shù)南peratingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－分類(4)共享內(nèi)存機(jī)制共享內(nèi)存方式不要求數(shù)據(jù)移動(dòng)，兩個(gè)需要互相交互的信息的進(jìn)程通過(guò)對(duì)同一共享數(shù)據(jù)區(qū)（sharedmemory)的操作來(lái)達(dá)到互相通信的目的。OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－消息緩沖機(jī)制(5)由于消息緩沖機(jī)制中使用的緩沖區(qū)是公用緩沖區(qū)，使用消息緩沖機(jī)制傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通信進(jìn)程應(yīng)滿足的條件：進(jìn)程對(duì)緩沖區(qū)的操作必須互斥當(dāng)緩沖區(qū)種無(wú)消息存在時(shí)，接收進(jìn)程不能接受到任何消息設(shè)置公用信號(hào)量mutex,接收進(jìn)程私用信號(hào)量SM，消息m。OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－消息緩沖機(jī)制(6)Send(m):Begin向系統(tǒng)申請(qǐng)一個(gè)消息緩沖區(qū)P(mutex)將消息m發(fā)送到新申請(qǐng)的消息緩沖區(qū)V(mutex)V(SM)Receive(m):BeginP(SM)P(mutex)將消息m從緩沖區(qū)復(fù)制到接收區(qū)并釋放緩沖區(qū)V(mutex)OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－郵箱(7)對(duì)于只有一個(gè)發(fā)送進(jìn)程和一個(gè)接收進(jìn)程使用的郵箱，進(jìn)程間通信應(yīng)滿足以下條件：發(fā)送進(jìn)程發(fā)送消息時(shí)，郵箱中至少有一個(gè)存儲(chǔ)消息的單元接收進(jìn)程接收消息時(shí)，郵箱中至少有一個(gè)消息存在發(fā)送進(jìn)程郵箱頭郵箱體接收進(jìn)程O(píng)peratingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－管道（pipe)Unix系統(tǒng)從SystemV開(kāi)始，提供有名管道和無(wú)名管道兩種數(shù)據(jù)通信方式。無(wú)名管道為建立管道的進(jìn)程及其子進(jìn)程提供一條以比特流方式傳送消息的通信管道。該管道在邏輯上是管道文件，物理上則由文件系統(tǒng)的高速緩沖區(qū)構(gòu)成。寫(xiě)fd[1]Pipe(fd)fd[0]讀OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信－管道（pipe)

main(){intx,fd[2];charbuf[30],s[30];Pipe(fd);while((x=fork())==－1);//創(chuàng)建子進(jìn)程失敗，原地循環(huán)if(x==0){sprintf(buf,”子進(jìn)程寫(xiě)信息到父進(jìn)程”);write(fd[1],buf,30);exit(0);}else{ wait(0);read(fd[0],s,30);printf(“%s”,s);}}OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信實(shí)例解析采用進(jìn)程通信的管理方法解決生產(chǎn)者－消費(fèi)者問(wèn)題。要求生產(chǎn)者能告訴消費(fèi)者產(chǎn)品的說(shuō)明、規(guī)格、價(jià)格等，而消費(fèi)者能反饋對(duì)物品的評(píng)價(jià)和處理情況設(shè)置公用信箱MOperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程通信實(shí)例解析生產(chǎn)者：L1：生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品L2：receive(consumer,M);If物品未取走thengotoL2Else組織回信，說(shuō)明產(chǎn)品信息Send(consumer,M);GotoL1消費(fèi)者：L1：receive(producer,M);If沒(méi)有產(chǎn)品thengotoL1Else組織回信,反饋產(chǎn)品信息Send(producer,M);GotoL1OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要進(jìn)程通信(InterprocessCommunication)消息、郵箱機(jī)制共享內(nèi)存機(jī)制管道機(jī)制進(jìn)程通信實(shí)例解析死鎖(DeadLock)死鎖的概念產(chǎn)生死鎖的必要條件死鎖的排除方法死鎖實(shí)例解析OperatingSystemConceptionDavidfu死鎖死鎖的定義：當(dāng)多個(gè)進(jìn)程因競(jìng)爭(zhēng)資源而造成的一種僵局，在無(wú)外力作用下，這些進(jìn)程將永遠(yuǎn)不能繼續(xù)向前推進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為死鎖。死鎖的起因：并發(fā)進(jìn)程的資源競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)程推進(jìn)順序不當(dāng)OperatingSystemConceptionDavidfu死鎖產(chǎn)生死鎖的必要條件：互斥條件：資源的排他性不剝奪條件：進(jìn)程對(duì)獲得的資源在未使用完畢前，不可被其他進(jìn)程剝奪使用權(quán)利部分分配條件：進(jìn)程每次申請(qǐng)新資源時(shí)，同時(shí)還要占用已分配的資源環(huán)路條件：存在進(jìn)程循環(huán)鏈，鏈中每個(gè)進(jìn)程已獲得的資源同時(shí)被下一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)OperatingSystemConceptionDavidfu死鎖死鎖的排除方法：死鎖預(yù)防死鎖避免死鎖的檢測(cè)和恢復(fù)OperatingSystemConceptionDavidfu死鎖死鎖預(yù)防一次性分配法資源順序分配法先釋放，后申請(qǐng)OperatingSystemConceptionDavidfu死鎖死鎖避免：動(dòng)態(tài)預(yù)防，系統(tǒng)根據(jù)某種算法在動(dòng)態(tài)分配資源時(shí)，預(yù)測(cè)出死鎖發(fā)生的可能性，并加以預(yù)防死鎖的檢測(cè)與解除一個(gè)給定的進(jìn)程－資源圖最終是可以化簡(jiǎn)的。剝奪資源撤銷進(jìn)程O(píng)peratingSystemConceptionDavidfu死鎖例題（1）有4個(gè)進(jìn)程陷入了死鎖請(qǐng)問(wèn)這4個(gè)進(jìn)程可能占用了幾種資源？使用資源請(qǐng)求分配圖畫(huà)出可能的死鎖情況。OperatingSystemConceptionDavidfu死鎖例題（2）一臺(tái)計(jì)算機(jī)有8臺(tái)磁帶機(jī)，分別由n個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)使用，每個(gè)進(jìn)程需要3臺(tái)磁帶機(jī)，請(qǐng)問(wèn)n為多少時(shí)，系統(tǒng)沒(méi)有死鎖的危險(xiǎn)？設(shè)資源數(shù)M＝8；競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)程n,每個(gè)進(jìn)程需要的資源為X=3系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生死鎖的公式：X=1(M<n)X=1+(M-1)/nOperatingSystemConceptionDavidfu總結(jié)死鎖(DeadLock)死鎖的概念產(chǎn)生死鎖的必要條件