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  • 什么是临界资源?什么是临界区

    千次阅读 2021-07-06 01:59:40
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    什么是临界资源?什么是临界区?

    题目类型:[问答题,简答题] 什么是临界资源?什么是临界区?

    匿名网友:

    参考答案: 临界资源是指一次仅允许一个进程访问的资源.临界区是指每个进程中访问临界资源的那段程序代码.

    试题难度:★★☆

    参考解析: 暂无解析

    匿名网友:

    临界区:每个进程中访问临界资源的那段程序叫做临界区。

    进程对临界区的访问必须互斥,每次只允许一个进程进去临界区,其他进程等待。

    临界资源:指每次只允许一个进程访问的资源,分硬件临界资源、软件临界资源。

    临界区管理的基本原则是: ①如果有若干进程要求进入空闲的临界区,一次仅允许一个进程进入。

    ②任何时候,处于临界区内的进程不可多于一个。

    如已有进程进入自己的临界区,则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。

    ③进入临界区的进程要在有限时间内退出,以便其它进程能及时进入自己的临界区。

    ④如果进程不能进入自己的临界区,则应让出CPU,避免进程出现“忙等”现象。

    匿名网友:

    临界资源是指每次仅允许一个进程访问的资源。

    属于临界资源的硬件有打印机、磁带机等,软件有消息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等。

    诸进程间应采取互斥方式,实现对这种资源的共享。

    每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

    显然,若能保证诸进程互斥地进入自己的临界区,便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。

    为此,每个进程在进入临界区之前,应先对欲访问的临界资源进行检查,看它是否正被访问。

    如果此刻该临界资源未被访问,进程便可进入临界区对该资源进行访问,并设置它正被访问的标志;如果此刻该临界资源正被某进程访问,则本进程不能进入临界区。

    匿名网友:

    当多个线程访问一个独占性共享资源时,可以使用\“临界区\”对象。

    任一时刻只有一个线程可以拥有临界区对象,拥有临界区的线程可以访问被保护起来的资源或代码段,其他希望进入临界区的线程将被挂起等待,直到拥有临界区的线程放弃临界区时为止,这样就保证了不会在同一时刻出现多个线程访问共享资源。

    \r\n\r\nCCriticalSection类的用法非常简单,步骤如下:\r\n \r\n\r\n定义CCriticalSection类的一个全局对象以使各个线程均能访问,如CCriticalSection critical_section; \r\n在访问需要保护的资源或代码之前,调用CCriticalSection类的成员Lock)获得临界区对象: critical_section.Lock();\r\n\r\n在线程中调用该函数来使线程获得它所请求的临界区。

    如果此时没有其它线程占有临界区对象,则调用Lock)的线程获得临界区;否则,线程将被挂起,并放入到一个系统队列中等待,直到当前拥有临界区的线程释放了临界区时为止。

    \r\n访问临界区完毕后,使用CCriticalSection的成员函数Unlock)来释放临界区:critical_section.Unlock();\r\n\r\n再通俗一点讲,就是线程A执行到critical_section.Lock);语句时,如果其它线程B正在执行critical_section.Lock);语句后且critical_section. Unlock);语句前的语句时,线程A就会等待,直到线程B执行完critical_section. Unlock);语句,线程A才会继续执行。

    匿名网友:

    临界是指由某一种状态或物理量转变为另一种状态或物理量的最低转化条件;或者由一种状态或物理量转变为另一种状态或物理量。

    压力critical pressure物质处于临界状态时的压力压强。

    就是在临界温度时使气体液化所需要的最小压力。

    也就是液体在临界温度时的饱和蒸气压。

    各种物质的临界压力压强不同,如氧是4.87兆帕49.7公斤力/厘米2,氨是11兆帕112.2公斤力/厘米2,氯是7.46兆帕76.1公斤力/厘米2等。

    区不论是硬件临界资源,还是软件临界资源,多个进程必须互斥地对它进行访问。

    每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区Critical Section临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源。

    每次只准许一个进程进入临界区,进入后不允许其他进程进入。

    多个进程中涉及到同一个临界资源的临界区称为相关临界区。

    程序调度法则进程进入临界区的调度原则是:1、如果有若干进程要求进入空闲的临界区,一次仅允许一个进程进入。

    2、任何时候,处于临界区内的进程不可多于一个。

    如已有进程进入自己的临界区,则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。

    3、进入临界区的进程要在有限时间内退出,以便其它进程能及时进入自己的临界区。

    4、如果进程不能进入自己的临界区,则应让出CPU,避免进程出现“忙等”现象。

    线程同步问题 如果有多个线程试图同时访问临界区,那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起,并一直持续到进入临界区的线程离开。

    临界区在被释放后,其他线程可以继续抢占,并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。

    临界区在使用时以CRITICAL_SECTION结构对象保护共享资源,并分别用EnterCriticalSection)和LeaveCriticalSection)函数去标识和释放一个临界区。

    所用到的CRITICAL_SECTION结构对象必须经过InitializeCriticalSection)的初始化后才能使用,而且必须确保所有线程中的任何试图访问此共享资源的代码都处在此临界区的保护之下。

    否则临界区将不会起到应有的作用,共享资源依然有被破坏的可能。

    温度中文名称:临界温度 英文名称:critical temperature 定义:临界点的温度。

    水的临界温度为374.15℃。

    应用学科:电力一级学科;通论二级学科临界温度,使物质由气相变为液相的最高温度叫临界温度。

    匿名网友:

    临界资源是指每次仅允许一个进程访问的资源。

    属于临界资源的硬件有打印机、磁带机等,软件有消息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等。

    诸进程间应采取互斥方式,实现对这种资源的共享。

    每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

    显然,若能保证诸进程互斥地进入自己的临界区,便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。

    为此,每个进程在进入临界区之前,应先对欲访问的临界资源进行检查,看它是否正被访问。

    如果此刻该临界资源未被访问,进程便可进入临界区对该资源进行访问,并设置它正被访问的标志;如果此刻该临界资源正被某进程访问,则本进程不能进入临界区。

    ,谢谢...

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    临界区概述:

    用于多线程的互斥访问。如果有多个线程试图同时访问临界区,那么在有一个线程进入临界区后,其他试图访问的线程将被挂起,直到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后,其他线程可以继续抢占,并以此达到对临界区的互斥访问。(临界区中一般都是一个简短的代码段)

    在WINDOWS中,临界区是一种应用层的同步对象,非内核对象。并且临界区优先采用自旋的方式进行抢占

    临界区API:

    临界区初始化以及删除:

    InitializeCriticalSection()

    DeleteCriticalSection()

    临界区两个操作原语:

    EnterCriticalSection()

    LeaveCriticalSection()

    临界区数据结构:

    typedef struct _RTL_CRITICAL_SECTION {

    PRTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG DebugInfo;

    //

    // The following three fields control entering and exiting the critical

    // section for the resource

    //

    LONG LockCount;

    LONG RecursionCount;

    HANDLE OwningThread; // from the thread's ClientId->UniqueThread

    HANDLE LockSemaphore;

    ULONG_PTR SpinCount; // force size on 64-bit systems when packed

    } RTL_CRITICAL_SECTION, *PRTL_CRITICAL_SECTION;

    _RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG数据结构

    typedef struct _RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG {

    WORD Type;

    WORD CreatorBackTraceIndex;

    struct _RTL_CRITICAL_SECTION *CriticalSection;

    LIST_ENTRY ProcessLocksList;

    DWORD EntryCount;

    DWORD ContentionCount;

    DWORD Flags;

    WORD CreatorBackTraceIndexHigh;

    WORD SpareWORD ;

    } RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG, *PRTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG, RTL_RESOURCE_DEBUG, *PRTL_RESOURCE_DEBUG; (代码来自VS2005 WINNT.h)

    _RTL_CRITICAL_SECTION 各字段解释:

    DebugInfo:指向一个调试用的数据,该结构的类型为RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG

    LockCount: 初始值-1,若结果大于等于0,表示该临界区已被线程占用。

    OwningThread: 当前拥有临界区的线程

    RecursionCount:所有者线程连续进入临界区的次数

    LockSemaphore: 内核对象句柄,用于告知操作系统,该临界区目前处于空闲状态,用于唤醒因等待临界区而挂起的线程

    SpinCount:MSDN对该字段做如下解释:

    "On multiprocessor systems, if the critical section is unavailable, the calling thread will spin

    dwSpinCount times before performing a wait operation on a semaphore associated with the critical

    section. If the critical section becomes free during the spin operation, the calling thread

    avoids the wait operation."

    在多处理器系统中,如果临界区已被占用,那么线程就自旋SpinCount次去获取临界区,而不是通过阻塞等待的方式去获取临界区。如果在自旋的过程中临界区空间,就可以直接进入临界区,减少等待时间(如果进入等待状态,需要用户态内核态的切换,代价较大)。主要意思就是为了提高效率,下面我们会分析什么叫自旋。

    临界区API实现过程

    InitialzeCriticalSection 在初始化的过程中,会测试CPU的数量,若CPU数量为1,则忙等待没有意义。则SpinCount=0,

    若CPU数量大于1,则设置SpinCount,在进入临界区时,会采取主动进入策略。

    EnterCriticalSection 1. 若临界区还未被占用,则更新临界区数据结构,表示调用线程已经获得访问临界区的权限,返回。

    2. 若线程在已经获取访问权限的情况下,再次EnterCriticalSection,则更新线程获取访问的次数(即连续Enter的次数)。

    3. 若临界区已经其他线程占用,则当前线程 通过SpinCount来控制忙等的次数,在SpinCount已经等于0还没有获得临界区对象的情况下,函数直接通过临界区对象内部的事件对象进行等待(等待及唤醒涉及到用户态和内核态的切换,不是最优方案,优先采用自旋的方式进入临界区)。忙等待是通过对LockCount进行原子读写操作实现。

    RtlLeaveCriticalSection 1. _RTL_CRITICAL_SECTION数据结构中相关标志位设置 ,比如RecursionCount--,如果为0,表示没有线程占用临界区

    2. 将当前占有线程句柄设为0,表示现在临界区目前处于有信号状态,可以被获取

    3. 若有其他线程在等待,唤醒等待线程

    a3a35f2f9e608518c70933d4e14c1235.gif

    通过该数据结构可以发现,在进程中,所有的临界区的DEBUG信息通过链表进行串接。在已知某个临界区对象的

    情况下, 通过链表数据结构,可以访问到数据的临界区对象。

    自旋:

    对于临界区的操作,(EnterCriticalSection)操作,采用的是主动进入临界区。意思就是,当没有能够进入时,不停的主动尝试进入,直至进入为止。这种主动进入的方式,称为自旋(也叫忙等待)。

    被动方式:获取不到后,进入等待队列,当要获取的对象被释放后,系统唤醒等待的线程,这个方式叫做被动方式。

    小结:

    1.进入灵界区和离开临界区是成对操作,进入临界区必须要有离开临界区否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。

    2.在使用临界区时,临界区间使用的代码最好简短,减少其他线程的等待时间,提高程序性能。

    3.临界区同步速度很快,但却只能用来同步本进程内的线程,而不可用来同步多个进程中的线程。

    4. 临界区是用户态下的对象,非内核对象,所以在使用时无需再用户态和内核态之间切换,效率明显要比其他用户互斥的内核对象高。

    参考:

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  • 内核程序临界区和普通临界区

    千次阅读 多人点赞 2020-12-20 09:25:54
    临界区是进程访问临界资源的那段代码。按照我的理解,临界资源有很多种,所以一个进程有可能会有很多个临界区,分别用来访问不同的临界资源。 这些临界区中,有的是用来访问操作系统内核中的数据结构或数据的,比如...

    临界区是进程访问临界资源的那段代码。按照我的理解,临界资源有很多种,所以一个进程有可能会有很多个临界区,分别用来访问不同的临界资源。
    这些临界区中,有的是用来访问操作系统内核中的数据结构或数据的,比如系统时钟(猜的),等等,叫做内核程序临界区。
    进程访问临界资源时,临界区会上锁,然后其他进程临界区就不能访问同一个临界资源了。然而内核临界资源很重要!不可以长时间被同一个进程占用,所以访问内核临界资源时,不可以进行进程切换,等到进程退出临界区后才可以。
    普通临界资源就是像普通I/O设备什么的,比如,打印机,进程访问这些资源的时候,很慢,会自动阻塞,等待资源使用完成。

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  • 每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(Critical Section) (临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源)。 每次只准许一个进程进入临界区,进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源,还是软件临界...

    简介

    每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(Critical Section) (临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源)。
    每次只准许一个进程进入临界区,进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源,还是软件临界资源,多个进程必须互斥地对它进行访问。
    多个进程中涉及到同一个临界资源的临界区称为相关临界区。

    注:多线程并发访问全局变量也是临界区问题

    程序调度法则

    进程进入临界区的调度原则是:

    1. 如果有若干进程要求进入空闲的临界区,一次仅允许一个进程进入。
    2. 任何时候,处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区,则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。
    3. 进入临界区的进程要在有限时间内退出,以便其它进程能及时进入自己的临界区。
    4. 如果进程不能进入自己的临界区,则应让出CPU,避免进程出现“忙等”现象

    FreeRTOS解决方法

    访问一个被多任务共享,或是被多任务和中断共享的资源时,需要采用“互斥”技术以保证数据在任何时候都保持一致性。这样做的目的是要确保任务从开始访问资源就具有排它性,直到这个资源又恢复到完整状态。

    基本临界区

    基本临界区是指宏taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()之间的代码区间。也被称为Critical Section或者Critical Regions. 使用方法如下:

    // 为了保证PORTA的访问不被中断,将访问操作放入临界区运行
    taskENTER_CRITICAL();        //进入基本临界区
     
    // 在taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()之间不会切换到其他任务,中断可以执行,也允许嵌
    //套,但只是针对优先级高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY的任务,而且这些中断不允许访问
    //FreeRTOS的API函数。
     
    PORTA |= 0x01;
     
     
    taskEXIT_CRITICAL();        //退出基本临界区
    

    临界区是提供互斥功能的一种非常原始的实现方法。临界区的工作 仅仅是简单的把中断全部关掉,或者是关掉优先级在configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY以下的中断-依赖具体使用的FreeRTOS移植。抢占式的上下文切换只可能在某中断中完成,因此调用taskENTER_CRITICAL()可以在中断关闭的时段一直保持持续运行状态直到退出临界区。

    临界区必须具有很短的时间,否则会反过来影响中断的响应时间。在每次使用taskENTER_CRITICAL()之后必须尽快的配套一个taskEXIT_CRITICAL()来退出临界区。

    使用信号量或者互斥量

    推荐使用互斥量,因为互斥量解决了优先级翻转的问题

    void process_data(void)
    {
        if(xSemaphoreTake(xSemaphore, 10) == pdTRUE)
        {
            x++;
            xSemaphoreGive( xSemaphore );
        }
    }
    

    信号量和互斥量的最大区别是

    (1)用于互斥的信号量必须归还
    (2)用于同步的信号量在完成同步后变丢弃,不需要归还

    禁止任务调度

    vTaskSuspendAll(void);   //挂起调度器创建临界区(禁止任务调度 suspend the scheduler)
     
    /*
       通过vTaskSuspendAll()来挂起调度器。挂起调度器可以停止上下文切换而不用关中断,如果某个中断在调
    度器挂起过程中要求进行上下文切换,则这个要求也会被挂起,直到调度器被唤醒后才会得到执行。
    */
     
    vTaskResumeAll(void);  //(解除禁止任务调度 resuming the scheduler; 成对使用)
    /*
    返回值:pdTRUE: 
       在调度器挂起过程中,上下文切换请求也会被挂起,直到调度器唤醒才被执行,如果一个挂起的上下文切换请求在vTaskResumeAll()返回前得到执行,则返回pdTRUE.
    返回值:pdFALSE:
       如果是其他情况,则返回pdFALSE.
    */
     
    // 注意1:两个函数成对使用;
    // 注意2:两者之间不能调用FreeRTOS系统API.
    

    如果一段临界区太长而不适合简单的关中断来实现,可以考虑采用挂起调度器的方式
    唤醒调度器是一个相对较长的操作
    基本临界区是保护一段代码区间不被其他任务或中断打断。而由挂起调度器实现的临界区只能保护一段代码不被其他任务打断,并不能约束中断,因为在这种方式下,中断是使能的。
    调度器处于挂起状态时,不能调用FreeRTOS的API函数。

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