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  • 使用DEV C++打开:这是进程同步与互斥代码,第一次自己写的,写得不好多多支持 #include<stdio.h> #include<windows.h> #include<string> using namespace std; FILE* fw; HANDLE event; char s[1...

    使用DEV C++打开:

    这是进程同步与互斥代码,第一次自己写的,写得不好多多支持
    #include<stdio.h>
    #include<windows.h>
    #include<string> 
    using namespace std;
    FILE* fw;
    HANDLE event;
    char s[1]={'w'};
    void suo(){
        WaitForSingleObject(event,INFINITE);

    DWORD athread(LPVOID p){
        long long A=(long long)p;
        printf("当前调用:%d\n",A);
        char msg;
        itoa(A,&msg,10);
        HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,"MyFileMutex");
        suo();    
        fw=fopen("1.txt","a+");
        fwrite(&msg,1,1,fw);
        fwrite(&s[0],1,1,fw);
        fclose(fw); 
        ReleaseMutex(hMutex);
        SetEvent(event);
        return 0;
    }


    int main(){
        HANDLE Hthread[6];
        event=CreateEvent(NULL,false,true,"a");    
        for(int i=0;i<=5;i++){
            Hthread[i]=CreateThread(NULL,0,athread,(LPVOID)i+1,0,0);
            Sleep(1000);
        }
        WaitForMultipleObjects(4,Hthread,1,INFINITE);
        return 0;

     

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  • 进程同步与互斥

    2013-12-19 10:17:14
    有关于进程同步互斥的C语言实现,希望对你们有帮助!
  • 操作系统——进程同步与互斥

    千次阅读 2019-10-21 22:13:19
    文章目录进程同步与互斥简介进程间合作进程间合作的问题竞争条件原子操作临界区相关的几个概念忙等待的互斥基于硬件的同步解决办法:屏蔽中断基于软件的同步解决方法严格轮换法Peterson解法N线程的软件方法基于软件...

    进程同步与互斥

    简介

    多线程并发会导致资源竞争。

    同步即协调多线程对共享数据的访问,保证任何时刻都只能有一个线程执行临界区代码。

    互斥是解决进程同步的方式。

    进程间合作

    独立进程是指一个进程在运行过程中不会与其他进程进行交互的进程。

    但是,进程在运行的过程中不可避免的要进行进程间合作。

    进程合作的优势:

    • 共享资源
      • 一台电脑,多个用户
      • 一个银行存储余额,多台ATM机
      • 嵌入式系统(机器人控制:手臂和手的协调)
    • 加速
      • I / O操作和计算可重叠
      • 多处理机——将程序分成多个部分执行
    • 模块快
      • 将大程序分解成小程序
        • 如编译系统。
      • 视系统易于扩展

    进程间合作的问题

    进程间合作要避免不确定性和不可重现性。由于进程调度的不确定性,因此进程的一个操作可能被打断。

    进程间通信要解决三个问题:

    1. 一个进程如何将信息传递给另一个进程
    2. 确保多个进程在关键活动中不会交叉,即进程互斥问题。
    3. 保证正确的访问顺序,即进程同步问题。

    竞争条件

    竞争条件是说多个进程读写某些共享数据,而最后的结果取决于进程运行的精确时序。

    案例:

    • 通过调用函数fork来创建一个进程。
      • new_pid = next_pid++;
      • 这一条语句翻译成汇编代码会是四句,因此要把他们当成一个原子操作去执行。
    • 两个程序并发执行访问并更改一个变量x。

    原子操作

    原子操作是指一次不存在任何中断或者失败的执行。

    • 该执行成功结束
    • 或者根本没有执行
    • 并且不应该出现任何部分执行的状态

    但是实际上操作往往不是原子的

    • 有些看上去是原子操作,但是实际上不是,如x++,实际上此条语句由三条汇编语言组成。
    • 有时甚至连单条机器指令都不是原子的,如Pipiline、super-scalar、out-of-order、page fault等。

    操作系统需要利用同步机制在进程并发执行的同时保证一些操作是原子操作。

    临界区相关的几个概念

    临界区是指多个程序访问临界资源的一段代码。也可以说是进程访问临界资源的一段需要互斥的代码。

    1. 在进入临界区前检查是否可进入临界区。
    2. 若可以进入,则设置相应标志表示正在访问临界区。
    3. 在访问完成之后将标志恢复为可访问临界区。
    4. 然后去执行非临界区代码。

    要避免竞争条件,即要找出某个途径来阻止多个进程同时读写共享数据,提出一种解决方案为互斥,即以某种手段保证当一个程序在使用一个共享爱那个文件或变量时,其他进程不能做同样的操作。

    互斥是指当一个进程处于临界区并访问共享资源时,没有其他进程会处于临界区并访问任何相同的共享资源。

    死锁是指多个进程相互等待完成特定任务二最终无法将自身任务进行下去。

    饥饿是指一个可执行的进程被调度器持续忽略,以至于虽然处于可执行状态却不被执行。

    避免竞争条件即使临界区中只能有一个进程。

    一个好的解决竞争条件的方案需要满足下列四个条件:

    1. 任何两个进程不能同时处于临界区
    2. 不应对CPU的速度和数量做任何假设
    3. 临界区外执行的进程不得阻塞其他进程
    4. 不得使进程无限期等待进入临界区
    5. 不能进入临界区的进程应该释放CPU资源(可选)。

    忙等待的互斥

    连续测试一个变量直到某个值出现为止称为忙等待,用于忙等待的锁称为自旋锁

    下列几种方式都可以保证任意两个进程不同时处于临界区。

    基于硬件的同步解决办法:屏蔽中断

    单处理器系统中,最简单的方法是使每个进程刚进入临界区后就立即屏蔽所有中断,并在就要离开之前再打开中断。屏蔽中断后,时钟中断也会被屏蔽,而CPU只有发生时钟中断或其他中断时才会进行进程切换,因此在屏蔽中断之后就不会被切换到其他进程。

    但是这种方式有一个问题:若此进程不打开中断的话其他进程就都无法执行。

    而且若是处于多处理器系统中,其他的CPU也可以将进程调度,从而还是无法避免多个进程同时访问临界区的问题。

    因此,屏蔽中断对用户进程不是一种合适的通用互斥机制。

    总结如下:

    • 硬件将中断处理延迟到中断被启用之后
    • 现代计算机体系结构都提供指令来实现禁用中断
      • 首先保存当前CPU状态
      • 然后禁用中断,访问临界区
      • 最后恢复CPU状态

    缺点:

    • 禁用中断之后,进程无法被停止。
      • 整个系统都会为之停下来
      • 可能导致其他进程处于饥饿状态
    • 临界区可能很长
      • 无法确定响应中断所需的时间

    基于软件的同步解决方法

    通过共享一些共有变量来同步进程的行为。

    严格轮换法

    在这里插入图片描述

    turn用来表示哪一个进程进入临界区,假设只有两个进程,进程0执行a代码,进程1执行b代码,此时考虑两种情况:

    1. 一个进程连续两次进入临界区,第一次进入临界区时发现turn是0,因此进入,在执行完临界区代码之后将turn的值设置为1,那么他在下次进入临界区之前发现turn不是0,因此一直循环等待,但此时临界区中是没有进程在执行的。
    2. 进程0先被调度执行,此时turn的值为0,因此进程0进入临界区执行代码,在它执行完临界区代码退出后,将turn的值更改为1,此时进程1被调度进入CPU执行,发现此时turn的值为1,因此执行临界区的代码,当临界区代码执行完毕之后将要更改turn的值时,CPU调度进程0进入CPU执行,但是此时turn的值还是为1,因此进程0不能执行临界区代码,但是此时临界区却没有进程在执行,因为违反了上面的第三条规则:为处于临界区的进程不得阻塞其他进程。

    由此可见,此种方式也不合适。

    Peterson解法

    在这里插入图片描述

    此算法可以解决两个进程的同步问题。

    N线程的软件方法

    进程Pi要等待从turn到i-1的进程都退出临界区后访问临界区。

    进程Pi退出时将turn给下一个想要进入的进程Pj。

    基于软件解决办法的分析

    • 复杂
      • 需要两个进程之间共享数据项
    • 需要忙等待
      • 浪费CPU时间

    更高级的抽象方法

    简介

    硬件提供了一些同步原语

    • 中断禁用,原子操作指令等

    操作系统提供更高级的编程抽象来监护进程同步

    • 如:锁、信号量
    • 用硬件原语来创建。

    原子操作指令

    现代CPU体系结构都提供一些特殊的原子操作指令。

    测试和置位(Test-and-set)指令

    • 从内存单元中读取值
    • 测试该值是否为1,然后返回真与假
    • 内存单元值设置为1

    交换(exchange)指令

    • 交换内存中的两个值。

    锁变量

    锁是一个抽象的数据结构

    • 一个二进制变量(锁定/解锁)
    • Lock::Acquire()
    • Lock::Release()

    使用锁来控制临界区的访问:当进程进入临界区之前先判断锁变量的值,若有锁的话就等待,否则进入临界区并且更改锁变量的值,然后再退出临界区时将锁变量的值再次修改。

    但是这又回到了最开始的问题:读锁变量和修改锁变量时两个操作,在第一个进程读取锁变量时发现可以进入,然后CPU调度第二个进程进入CPU进行执行,此时第一个进程还未将锁变量进行修改,因此第二个进程也发现可以进入,因此更改了锁变量进入临界区,此时又被切换至第一个进程,第一个进程认为此时临界区中没有进程,因此也进入了临界区,所以还是不能解决竞争条件的问题。

    使用TS指令实现自旋锁

    //忙等待,此种方式为自旋锁方式
    class Lock {
    	int value = 0;
    }
    Lock::Acquire() { //若锁被释放,则TS指令读取0并将值设置为1,否则,TS指令读取1并将值设置为1
    	while(test-and-set(value))
    		;
    }
    Lock::Release() {
    	value = 0;
    }
    
    //无忙等待,此种方式为等待队列方式,即阻塞式方法。
    class Lock {
        int value = 0;
        WaitQueue q;
    }
    Lock::Acquire() {
        while(test-and-set(value)) {
            //将当前进程加入等待队列
            add this PCB to wait queue q
            //执行调度
            schedule();
        }
    }
    Lock::Release() {
        value = 0;
        //从等待队列中移除一个进程p,并唤醒他去执行。
        remove one process p from q;
        wakeup(p);
    }
    

    基于原子操作指令锁的特征

    优点:

    • 适用于单处理器或者共享主存的多处理器任意数量的进程同步机制
    • 简单并且容易验证
    • 支持多临界区

    缺点:

    • 忙等待锁会消耗处理器时间
    • 可能导致饥饿
      • 进程离开临界区时有多个进程在等待
    • 死锁
      • 拥有临界区的低优先级进程
      • 请求访问临界区的高优先级进程获得处理器并等待临界区(忙等待的情况)

    参考资料

    清华大学—操作系统原理
    现代操作系统

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  • 什么是进程同步?wait是如何实现进程同步的进程间通信的方法有哪些?那一种方法效率最高?进进程间通信机制 1 文件映射 文件映射(Memory-Mapped Files)能使进程把文件内容当作进程地址区间一块内存那样来对待。因此...

    请列举几种进程的同步机制,并比较其优缺点?

    什么是进程同步?wait是如何实现进程同步的

    进程间通信的方法有哪些?那一种方法效率最高?进进程间通信机制 1 文件映射 文件映射(Memory-Mapped Files)能使进程把文件内容当作进程地址区间一块内存那样来对待。因此,进程不必使用文件I/O操作,只需简单的指针操作就可读取和修改文件的内容。 Win32 API允许多个进程访问同一文件映射对象

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    进程同步与进程互斥之间的区别

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    .列举几种进程的同步机制,并比较其优缺点按照java的思想来说有原子变量、互斥(管程monitor)、锁、条件变量、信号量。linux里还会有spinlock。

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    一、进程互斥

    首先我们要知道,为了保证程序执行最终结果的正确性,必须对并发执行的各进程进行制约,以控制它们的执行速度和对资源的竞争。需要回到一个问题,需要对程序哪些部分进行制约才能保证其执行结果的正确性?如:进程PA和PB共享内存 MS,进程PA和PB各执行两条语句时,可能按以下顺序执行:当进程PA执行完第一条语句,开始执行进程PB,再接着执行进程PA的第二条语句。这样会导致错误。如何保证正确性了?我们可以将各自的两条语句抽象为两个各以一个动作完成的顺序执行单位,这样执行结果的正确性就可以得到保证。这也引出了一个概念。

    临界区(critical region):把不允许多个并发进程交叉执行的一段程度称为临界区。临界区是有属于不同并发进程的程序段共享公用数据或公用数据变量二引起的。

    把这种由于共享某一公有资源而引起的在临界区内不允许并发进程交叉执行的现象,称为由共享公有资源而造成的对并发进程执行速度的间接制约,简称间接制约。

    1、什么是互斥?

    一组并发进程中的一个或多个程序段,因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不允许交叉执行的单位执行。也就是说,不允许两个以上的共享该资源的并发进程同时进入临界区称为互斥。

    一组并发进程互斥执行时必须满足如下准则:

    i)不能假设各并发进程的相对执行速度。即各并发进程享有平等地、独立地竞争公有资源的权利。

    ii)并发进程中的某个进程不在临界区时,它不阻止其他进程进入临界区;

    iii)并发进程中的若干个进程申请进入临界区时,只能允许一个进程进入;

    iv)并发进程中的某个进程从申请进入临界区时开始,应在有限时间内得以进入临界区。

    准则iv)是并发进程不发生死锁的重要保证。

    2、互斥的加锁实现

    是否只需把临界区中的各个过程按不同的时间排列调用就好?事实上不可能。因为用户程序的执行开始的随机性是不可知的。

    一种可能的办法是对临界区加锁以实现互斥。当某个进程进入临界区之后,它将锁上临界区,直到它退出临界区为止。并发进程在申请进入临界区时,首先测试该临界区是否是上锁的。如果该临界区已被锁住,则该进程要等待该临界区开锁之后才有可能获得临界区。

    3、信号量和P、V原语

    3.1 使用加锁实现进程之间互斥存在的问题:

    i)如果一组并发进程的进程数较多,且由于每个进程在申请进入临界区时都得对锁定位进行测试,这样开销是很大的。

    ii)另外使用加锁实现进程间互斥时,还将导致在某些情况下出现不公平现象,如:对进程PA和PB,进程PA执行完并解锁以后,紧接一条转向语句调用进程PA,由于转向调度语句瞬间就执行,使得进程PA将处理机转让给进程PB的可能性非常小。因此,进程PB将处于永久饥饿状态。

    针对ii)为什么产生这样的问题呢?因为在用加锁法解决进程互斥的问题时,一个进程能否进入临界区是依靠进程自己的调用lock过程去测试相应的锁定位,也就是说,每个进程能否进入临界区是靠自己测试判断的,这样,没有执行机会的进程当然无法判断,从而出现不公平现象。

    我们可以用信号量管理相应临界区的公有资源,它代表可用资源实体。信号量的数值仅能有P、V原语操作改变,sem是信号量,一次P原语操作使得信号量sem减1,一次V原语操作将使信号量sem加1.

    注:当某个进程正在临界区内执行时,其他进程如果执行了P原语操作,则该进程并不想调动lock时那样因进不了临界区而返回lock起点,等待以后重新执行测试,而是在等待队列中等待有其他进程做V元素操作释放资源后,进入临界区,这时,P原语的执行才算真正结束。

    3.2 P原语操作的主要动作如下:

    a)sem减1;

    b)若sem减1后仍大于或等于0,则P原语返回,该进程继续执行;

    c)若sem减1后小于0,则该进程被阻塞进入相应的队列中,然后转进程调度。

    V原语的操作主要动作如下:

    a)sem 加1;

    b)若相加结果大于0,V原语停止执行,该进程返回调用处,继续执行;

    c)若相加结果小于或等于0,则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程,然后返回原进程继续执行或转进程调度。

    3.3为什么P、V过程要以原语实现?

    如果不,则多个进程同时调用P操作或V操作的话,则有可能在P操作刚执行完sem-1而未把对应进程送入等待队列时,V操作开始执行,从而,V操作将无法发现等待进程而返回。所以P、V操作都必须以原语实现,且在P、V原语执行期间不允许中断发生。

    4、用P、V原语实现进程互斥

    设信号sem是用于互斥的信号量,且其初始值为1表示没有并发程序使用该临界区。当一个进程想要进入临界区时,它必须先执行P原语操作以将信号量sem减1。在一个进程完成对临界区的操作之后,它必须执行V原语操作以释放它所占用的临界区。

    由于信号量初始值为1,所以,任一进程在执行P原语操作之后将sem的值变为0,表示该进程可以进入临界区。在改进程未执行V原语操作之前如有另一进程想进入临界区的话,它也应该先执行P原语操作,从而使sem的值变为-1,因此,第二个进程将被阻塞。直到第一个进程执行V原语操作之后,sem的值变为0,从而可唤醒第二个进程进入就绪队列,经调度后再进入临界区。在第二个进程执行完V原语操作之后,若没有其他进程申请进入临界区的话,则sem又恢复到初始值。

    二、进程同步

    1、进程同步

    一组在异步环境下的并发进程,各自的执行结果互为对方的执行条件,从而限制各进程的执行速度的过程称为并发进程间的直接制约。这里的异步环境主要指各并发进程的执行起始时间的随机性和执行速度的独立性。

    一种最为简单和直观的方法是直接制约的进程相互给对方进程发送执行条件已具备的信号。

    把异步环境下的一组并发进程因直接制约而相互发送消息而进行相互合作、相互等待,使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。

    2、私用信号量

    与进程互斥不同的是,这里的信号量只与制约进程及被制约进程有关二不是与整租并发进程有关。

    3、生产者-消费者问题

    把并发进程的同步和互斥问题一般化,得到一个抽象的一般模型,即生产者-消费者问题。

    把系统中使用某一类资源的进程称为消费者,而把释放同类资源的进程称为该资源的生产者。

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  • Java实现的进程同步与互斥(PV) Hao语言
  • 操作系统实验-进程同步与互斥代码,相关细节介绍如题,很是全面的东东,直接可用。Donald_Tyr发布,必属精品! QQ:3729734 E_mail:i.d.card@msn.com BLOG:http://di-bar.f31.net
  • 在Windows等操作系统下,使用的VC、VB、java或C等编程语言,采用进程(线程)同步互斥的技术编写程序实现生产者-消费者问题或哲学家进餐问题或读者-写者问题或自己设计一个简单进程(线程)同步互斥的实际问题。
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  • 操作系统中进程同步与互斥的实现.pdf 深入理解操作系统
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  • 实验-进程同步与互斥

    千次阅读 2021-07-02 09:37:52
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进程同步与互斥代码