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  • 并发进程之间制约关系

    千次阅读 2013-09-13 23:14:36
    并发进程之间竞争关系为进程互斥,并发进程之间的协作关系体现为进程同步。 进程同步:指两个以上进程基于某个条件来协调他们的活动。 同步可以分为:1对称同步:事件间相互制约  2.非对称同步 进程互斥:指...

    在多道程序系统环境中,由于资源共享与进程合作,使得并发执行的进程之间可能产生相互制约关系,这些制约关系可分为两类:竞争与协作。并发进程之间的竞争关系为进程互斥,并发进程之间的协作关系体现为进程同步。

    进程同步:指两个以上进程基于某个条件来协调他们的活动。

    同步可以分为:1对称同步:事件间相互制约

                             2.非对称同步

    进程互斥:指若干进程都要使用同一资源时,任何时刻最多允许一个进程使用,其他要使用该资源的进程必须等待,直到占有资源的进程释放该资源。

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  • 进程并发运行的环境中,多个进程之间存在如下竞争和合作的关系: - 进程中的资源争用(间接作用) 当并发进程竞争使用同一个资源时,它们之间就会发生冲突。为了避免冲突,当一个进程获得资源时,另一个进程必须等待...

    进程并发运行的环境中,多个进程之间存在如下竞争和合作的关系:

    - 进程中的资源争用(间接作用)

    当并发进程竞争使用同一个资源时,它们之间就会发生冲突。为了避免冲突,当一个进程获得资源时,另一个进程必须等待。这种情况需要通过互斥机制来解决。

    - 进程间通过共享的合作(间接作用)

    一个进程等待另一个进程的执行,并以另一个进程的执行结果作为本进程的执行条件,就形成了同步机制

    - 进程间通过通信的合作(直接作用)

    进程间还可以通过通信进行合作,同性提供了同步和协调各种活动的方法。如操作系统提供的通信功能。

    进程间通过共享的竞争:

    特点:

    1. 每个进程不知道其他进程的存在

    2. 两个或者和更多的进程在各自的执行过程中需要访问相同的资源(IO设备、存储器、CPU)

    3. 进程之间没有信息交互

    相互间产生的影响:

    执行结果不会受影响

    执行时间会受影响

    竞争引发的控制问题:

    互斥、死锁、饥饿

    与并发相关的术语:

    临界资源:一次只能允许一个进程访问的资源

    临界区:访问和操作临界资源的代码段

    互斥:多个进程需要访问一个临界资源时,任何时刻只能有一个进程正在访问;通俗点,资

    源需要排它使用,防止出现竞争冲突(不同时使用,但无先后次序)

    同步:指两个事件的发生存在着某种时序上的先后关系。

    死锁:一组进程中,每个进程都无限等待改组进程中另一进程所占有的临界资源

    饥饿:一组进程中,某个或者某些进程无限等待改组中其他进程所占有的临界资源

    进程间通过共享的合作:

    特点:

    没有意识到其他进程的存在,但直到要维护数据的完整性

    共享变量、文件或者数据库等

    相互间产生的影响:

    执行结果和执行时间都会受影响

    共享引发的控制问题

    互斥、死锁、饥饿、数据一致性

    进程间通过通信的合作:

    特点:

    进程直到自己的合作伙伴

    采用消息传递的方式

    相互间产生的影响:

    执行结果和执行时间都会受影响

    引发的控制问题:

    互斥、死锁

    同步机制应遵循的准则:

    空闲让进

    忙则等待

    有限等待

    让权等待 当进程不能进入临界区,应该立即释放处理器

    http://wenku.baidu.com/view/830470573c1ec5da50e2700a.html

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  • 并发进程

    2019-09-02 21:58:08
    外部:程序外部的顺序性是指多个进程之间的顺序执行关系,这人写进程在时间上按照次序严格有效的执行,完成一个作业级的任务。 2 程序执行的并发性 2.1 程序并发性的含义 进程的并发性是指一组进程在执行时间上是...

    并发进程

    1 程序执行的顺序性

    1.1 程序执行顺序性

    程序执行的顺序性包括两个定义:程序内部的顺序性和程序外部的顺序性

    内部:程序内部的顺序性是指单线程进程执行时呈现程序内部的顺序性

    外部:程序外部的顺序性是指多个进程之间的顺序执行关系,这人写进程在时间上按照次序严格有效的执行,完成一个作业级的任务。

    2 程序执行的并发性

    2.1 程序并发性的含义

    进程的并发性是指一组进程在执行时间上是重叠的,即一个进程执行的第一条指令是在另一条指令结束前开始的。

    并发的实质是一个处理器在几个进程之间的多路复用

    2.2 并发程序设计

    把一个程序编制成若干个可同时执行的程序模块的方法

    如果这些模块属于同一个进程(说明这个程序是一个单线程,这个单线程通过多个线程分别实现这些模块),在进程内部执行,则称为并发多线程程序设计

    如果模块属于不同的进程(说明这个程序是通过多个进程实现不同的功能模块),则称为并发多进程程序设计

    2.3 并发进程分类

    并发进程之间的关系分为两类:无关的和交互的

    无关的并发进程:一组并发进程分别在不同的变量集合上操作

    交互的并发进程:一组并发进程共享某些变量

    并发进程的无关性是进程的执行与实践无关的一个充分条件,又称为Bernstein条件。相关定义可以参考下方链接。

    https://baike.baidu.com/item/Bernstein%E6%9D%A1%E4%BB%B6/5452747?fr=aladdin

    大概意思是用这个Bernstein条件用来确定那些进程是可以并发的。

    3 与时间有关的错误

    对于一组交互并发的进程,若执行的相对速度无法相互控制,则会出现与时间有关的错误,与时间有关的错误有两种表现形式:结果不唯一和永远等待

    3.1 结果不唯一

    购机票问题,可能会出现同一张票卖给两个乘客的情况,正确的做法是执行购买操作时只能一先一后不能同时执行。

    3.2 永远等待

    借书还书问题,合作进程之间等待、唤醒之类的同步信号发送次序颠倒时

    4 进程的交互

    4.1 进程之间的竞争关系

    竞争关系时由于并发进程共用一套计算机系统资源引起的

    死锁:一组已经获得部分资源的进程等待获得其他进程所占用的资源,最终该组进程陷入死锁僵局

    解决方式:进程互斥–若干进程要使用同一共享资源时,最多只允许一个进程使用

    饥饿:一个进程由于其他进程总是优于它而被无限期拖延

    解决方式:FCFS(先来先服务)策略

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  • 父子进程之间关系

    千次阅读 2017-09-11 10:36:21
    摘要:本文详解介绍fork()函数的基本使用,以及父子进程之间关系.子进程对变量的改变不会影响到父进程、子进程对父进程文件流缓冲区的处理和子进程对父进程打开的文件描述符的处理. 创建进程 1.fork()函数 函数...

    摘要:本文详解介绍fork()函数的基本使用,以及父子进程之间的关系.子进程对变量的改变不会影响到父进程、子进程对父进程文件流缓冲区的处理和子进程对父进程打开的文件描述符的处理.

    创建进程

    1.fork()函数

    函数定义:
        #include <unistd.h>
        pid_t fork(void);
    返回值:如果返回值大于零,表明处于父进程上下文环境中,返回值是子进程的ID.如果返回值是零,表明处于子进程上下文环境中.其他返回值(小于零)表明调用fork()函数出错,仍处于父进程上下文环境中.
    函数说明:
        由fork()函数创建的新进程被称为子进程.fork()函数被调用一次,但返回两次,两次的返回值不同,子进程的返回值是0,父进程的返回值是新进程的进程ID.
        一个进程的子进程可以有多个,并且没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程的进程ID.
        一个进程只会有一个父进程,所以任意一个子进程都可以通过调用getppid()函数获取其父进程的进程ID
    .
        fork()函数调用成功后,将为子进程申请PCB和用户内存空间.子进程是父进程的副本.在用户空间将复制父进程用户空间所有数据(代码段、数据段、BBS、堆、栈),复制父进程内核空间PCB中的绝大多数信息.子进程从父进程继承下例属性:有效用户、组号、进程组号、环境变量、对文件的执行时关闭标志、信号处理方式设置、信号屏蔽集合、当前工作目录、根目录、文件模式掩码、文件大小限制和打开的文件描述符(特别注意:共用同一文件表项).

        子进程在创建后和父进程同时执行,竞争系统资源,谁先谁后,取决于内核所使用调度算法.子进程的执行位置为fork返回位置.

    2.创建子进程

    例子1:演示fork函数的基本使用方法.
    1. #include <stdio.h>  
    2. #include <unistd.h>  
    3. #include <sys/types.h>  
    4. int main()  
    5. {  
    6.         pid_t pid;  
    7.         if((pid=fork())==-1)  
    8.                 printf("fork error\n");  
    9.         printf("a example of fork,pid = %d\n",getpid());  
    10.         return 0;  
    11. }  
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    int main()
    {
            pid_t pid;
            if((pid=fork())==-1)
                    printf("fork error\n");
            printf("a example of fork,pid = %d\n",getpid());
            return 0;
    }

    输出:

    :a example of fork,pid = 2798
    :a example of fork,pid = 2797

        从例子1可以看出,fork()函数后的代码在子进程中也被执行.实际上,其他代码也在子进程的代码段中,只是子进程执行的位置为fork返回位置,其之前的代码无法执行罢了.
    例子2:返回值大于0(返回PID)的代码在父进程执行,返回值为0则在子进程执行.
    1. #include <stdio.h>  
    2. #include <sys/types.h>  
    3. #include <unistd.h>  
    4. int main()  
    5. {  
    6.         pid_t pid;  
    7.         if((pid=fork())==-1)  
    8.         {  
    9.                 printf("fork error\n");  
    10.         }  
    11.         else if(pid == 0 )  
    12.         {  
    13.                 printf("pid:%d in the child process \n",pid);  
    14.         }  
    15.         else  
    16.         {  
    17.                 printf("pid:%d in the parent process\n",pid);  
    18.         }  
    19.         return 0;  
    20. }  
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    int main()
    {
            pid_t pid;
            if((pid=fork())==-1)
            {
                    printf("fork error\n");
            }
            else if(pid == 0 )
            {
                    printf("pid:%d in the child process \n",pid);
            }
            else
            {
                    printf("pid:%d in the parent process\n",pid);
            }
            return 0;
    }

    输出:

    :pid:2923 in the parent process
    :pid:0 in the child process


    3.子进程对变量的改变不会影响到父进程

    例子3:子进程和父进程各有一份变量的副本
    1. #include <unistd.h>  
    2. #include <stdio.h>  
    3. #include <stdlib.h>  
    4. int glob = 10;  
    5. int main()  
    6. {  
    7.         int var = 100;  
    8.         pid_t pid = getpid();  
    9.         printf("before fork:\n");  
    10.         printf("pid=%d, glob=%d, var=%d\n",pid,glob,var);  
    11.   
    12.         printf("after fork:\n");  
    13.         if((pid=fork())<0)  
    14.         {  
    15.                 printf("error fork:%m\n");  
    16.                 exit(-1);  
    17.         }  
    18.         else if(pid==0)  
    19.         {  
    20.                 glob++;  
    21.                 var++;  
    22.         }  
    23.         else  
    24.         {  
    25.                 sleep(2);  
    26.         }  
    27.   
    28.         printf("pid = %d, glob = %d, var = %d\n",getpid(),glob,var);  
    29.         return 0;  
    30. }  
    #include <unistd.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int glob = 10;
    int main()
    {
            int var = 100;
            pid_t pid = getpid();
            printf("before fork:\n");
            printf("pid=%d, glob=%d, var=%d\n",pid,glob,var);
    
            printf("after fork:\n");
            if((pid=fork())<0)
            {
                    printf("error fork:%m\n");
                    exit(-1);
            }
            else if(pid==0)
            {
                    glob++;
                    var++;
            }
            else
            {
                    sleep(2);
            }
    
            printf("pid = %d, glob = %d, var = %d\n",getpid(),glob,var);
            return 0;
    }

    输出:

    :before fork:
    :pid=2664, glob=10, var=100
    :after fork:
    :pid = 2665, glob = 11, var = 101
    :pid = 2664, glob = 10, var = 100

        可以看出,对于变量glob和var,在子进程中进行了自加,但是在父进程中,变量的值没有改变;显然,父子进程各自拥有这一变量的副本,互不影响.


    4.子进程对父进程文件流缓冲区的处理

        文件流缓冲区的资源位于用户空间,因此,在创建子进程时,子进程的用户空间将复制父进程的用户空间所有信息,显然,也包含流缓冲区的内容.如果留缓冲区中有临时的信息,则通同样复制到子进程的用户空间流缓冲中.
    例子4:子进程对父进程文件流缓冲区的处理.
    1. #include <stdio.h>  
    2. #include <unistd.h>  
    3. #include <stdlib.h>  
    4. int main()  
    5. {  
    6.         pid_t pid;  
    7.   
    8.         //有回车,先输出  
    9.         printf("before fork,have enter\n");  
    10.   
    11.         //没有回车,先输出到缓冲区  
    12.         printf("before fork,no enter:pid=%d\t",getpid());  
    13.         pid = fork();  
    14.         if(pid == 0)  
    15.         {  
    16.                 printf("\nchild,after fork:pid=%d\n",getpid());  
    17.         }  
    18.         else  
    19.         {  
    20.                 printf("\nparent,after fork: pid=%d\n",getpid());  
    21.         }  
    22.         return 0;  
    23. }  
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <stdlib.h>
    int main()
    {
            pid_t pid;
    
            //有回车,先输出
            printf("before fork,have enter\n");
    
            //没有回车,先输出到缓冲区
            printf("before fork,no enter:pid=%d\t",getpid());
            pid = fork();
            if(pid == 0)
            {
                    printf("\nchild,after fork:pid=%d\n",getpid());
            }
            else
            {
                    printf("\nparent,after fork: pid=%d\n",getpid());
            }
            return 0;
    }

    输出:

    :before fork,have enter
    :before fork,no enter:pid=2977
    :parent,after fork: pid=2977
    :before fork,no enter:pid=2977
    :child,after fork:pid=2978

        为什么“before fork,have enter”只输出一次?
        首先明确一点,如果标准输出连到终端设备,则它是行缓冲或者全缓冲.“before fork,have enter”只输出一次,是因为标准输出缓冲区由换行符冲洗,在下面创建子进程时,复制的缓冲区已经没有该数据了.
        为什么“before fork,no enter:pid=2977”输出两次?
        子进程和父进程都输出了“before fork,no enter:pid=2977”,但是,为什么子进程会输出呢?子进程开始执行的位置是在fork函数返回处,不会执行fork函数之前的代码,虽然该代码被复制到子进程中.之所以出现两次输出,是因为父进程中的“printf("before fork,no enter:pid=%d\t",getpid());”没有回车,就是这条语句输出的结果还在缓冲区,缓冲区没有冲洗,没有真正输出.在创建子进程时,这父进程的缓冲区也会被复制到子进程的进程空间中,所以子进程在输出时,刷新缓冲区时,也会将“printf("before fork,no enter:pid=%d\t",getpid());”的结果输出.
        如果程序是这样子运行 ./a.out >out.txt.查看out.txt文件,可得到以下结果.
    before fork,have enter
    before fork,no enter:pid=2716
    parent,after fork: pid=2716
    before fork,have enter   ====》多了这一行
    before fork,no enter:pid=2716
    child,after fork:pid=2717

        为什么?“before fork,have enter”输出了两次.
        标准输出重定向到文件时,在调用fork函数时,该数据还在缓冲区,没有输出,这里的换行符没有像上面那样起到刷新缓冲区的作用,只是简单的换行,所以当父进程将数据复制到子进程时,该缓
    冲区的数据也被复制到子进程了.


    5.子进程对父进程打开的文件描述符的处理

        fork函数创建子进程后,子进程将复制父进程的数据段、BBS段.代码段.堆空间、栈空间和文件描述符,而对于文件描述符关联的内核文件表项,则是此采用共享的方式.
    例子5: 子进程对父进程打开的文件描述符的处理
    1. #include <sys/types.h>  
    2. #include <unistd.h>  
    3. #include <stdio.h>  
    4. #include <stdlib.h>  
    5. #include <string.h>  
    6. #include <fcntl.h>  
    7.   
    8. int main()  
    9. {  
    10.         pid_t pid;  
    11.         int fd;  
    12.         int i=1;  
    13.         int status;  
    14.         char *ch1="advanced";  
    15.         char *ch2=" programming";  
    16.         char *ch3=" int the unix Environment";  
    17.   
    18.         fd = open("test.txt",O_RDWR|O_CREAT,0644);  
    19.         if(fd==-1)  
    20.         {  
    21.                 printf("open or creat file error:%m\n");  
    22.                 exit(-1);  
    23.         }  
    24.         write(fd,ch1,strlen(ch1));  
    25.         pid=fork();  
    26.         if(pid==-1)  
    27.         {  
    28.                 printf("error fork\n");  
    29.                 exit(-1);  
    30.         }  
    31.         else if(pid==0)  
    32.         {  
    33.                 i=2;  
    34.                 printf("in child process\n");  
    35.                 printf("i=%d\n",i);  
    36.                 if(write(fd,ch2,strlen(ch2))==-1)  
    37.                 {  
    38.                         printf("child write error:%m\n");  
    39.                         exit(-1);  
    40.                 }  
    41.         }  
    42.         else  
    43.         {  
    44.                 sleep(1);  
    45.                 printf("int parent process\n");  
    46.                 printf("i=%d\n",i);  
    47.                 if(write(fd,ch3,strlen(ch3))==-1)  
    48.                 {  
    49.                         printf("parent wirte error%m\n");  
    50.                         exit(-1);  
    51.                 }  
    52.                 wait(&status);  
    53.         }  
    54.   
    55.         return 0;  
    56. }  
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <fcntl.h>
    
    int main()
    {
            pid_t pid;
            int fd;
            int i=1;
            int status;
            char *ch1="advanced";
            char *ch2=" programming";
            char *ch3=" int the unix Environment";
    
            fd = open("test.txt",O_RDWR|O_CREAT,0644);
            if(fd==-1)
            {
                    printf("open or creat file error:%m\n");
                    exit(-1);
            }
            write(fd,ch1,strlen(ch1));
            pid=fork();
            if(pid==-1)
            {
                    printf("error fork\n");
                    exit(-1);
            }
            else if(pid==0)
            {
                    i=2;
                    printf("in child process\n");
                    printf("i=%d\n",i);
                    if(write(fd,ch2,strlen(ch2))==-1)
                    {
                            printf("child write error:%m\n");
                            exit(-1);
                    }
            }
            else
            {
                    sleep(1);
                    printf("int parent process\n");
                    printf("i=%d\n",i);
                    if(write(fd,ch3,strlen(ch3))==-1)
                    {
                            printf("parent wirte error%m\n");
                            exit(-1);
                    }
                    wait(&status);
            }
    
            return 0;
    }

    输出:cat test.txt

    :advanced programming int the unix Environment
        可以看出,父子进程共同对一个文件操作,且写入数据不交叉覆盖,说明父子进程共享同一个文件偏移量,共享文件表项.如图1子进程对打开文件的处理方式.
     
    图1 子进程对打开文件的处理方式


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并发进程之间的竞争关系