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1、第八讲 同步与互斥实现方法,目的与要求：理解互斥问题的硬件实现方法；掌握信号量机制及使用它解决进程同步互斥问题的方法。 重点与难点：信号量实现及使用。 作业：1，2，4，13（没做7题请补做）,4.2.3实现临界段的硬件方法,利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁 单处理机系统常见硬件指令有: 一.屏蔽中断 Parbegin A(amount) disableInterrupt(); R1=balance; R2=amount; R1=R1+R2; balance=R1; enableInterrupt(); ;,B(amount) disableInterrupt(); R1=balance
2、; R2=amount; R1=R1-R2; balance=R1; enableInterrupt(); ; Parend;,多处理机系统硬件指令有:,一、“Test_and_Set”指令。 该指令功能描述为： Function Test_and_Set（Var target：boolean） :boolean； begin Test_and_Set = target； Target = true； end；,二、“Swap”指令。 该指令功能描述为： Procedure Swap（Var a,b：boolean）； Var temp：boolean； begin temp = a； a =
3、 b； b = temp； end；,设Lock为全局布尔变量，利用Test repeat Swap (lock, key); until key = false; critical section lock = false; non-critical section Until false;,4.2.4 信号量,信号量机构：“信号量”、“P、V操作”。 信号量S为一整型变量： P(S): While S0 do skip ； S = S-1 ； V（S）：S = S1； P、V操作是两条原语，即保证P、V操作对变量S的访问是互斥操作。,一. 原语概念与实现 原语：指完成某种功能且不被分割或不
4、被中断执行的操作序列。 原语可通过硬件实现不可中断性；或通过实现临界段的元方法达到不被中断。 实现临界段的元方法: 屏蔽中断(只用于单机) 加硬锁。,下面我们用屏蔽中断方法实现P（s）和V（s）的原子性。 P（s） DisableInterrupt(); while （s0）do enableInterrupt(); DisableInterrupt(); ； s = s - 1； enableInterrupt(); V（s） DisableInterrupt(); s = s +1； enableInterrupt(); ,二、信号量的使用(互斥与同步) 互斥：用于n个进程的临界段互斥，n
5、进程共享一个信号量mutex,初值为1，任一进程Pi的结构为：,P(mutex),V(mutex),临界段,非临界段,repeat,Until false,同步：有P1、P2 两进程，必须在P1执行完S1语句后，P2才能执行S2。需同步的两进程共享信号量synch，初值为0。,Parbegin,P2: begin,P1: begin,S1;,V(synch);,end;,P(synch);,S2;,end;,Parend;,请用并行语句和PV操作描述,操作系统实现信号量时与进程调度相结合，消除忙等待现象。 原则是：在P操作循环等待的地方加入放弃处理机/挂入等待队列动作，在V操作时，从等待队列中摘取进程变为就绪态。 （P、V原语本身的互斥操作通过屏敝中断或为信号量加硬锁实现）,三.信号量的具体实现,1、信号量定义 type Semaphore=record value:integer; 一个数型变量 L:List of process;一个PCB队列 end; 2、P操作 P(S):S.Value=S.value 1; If S.value0 then 保存现场， 将本进程挂入S.L队列，重新调度。 3、V操作 V（S):S.value:=value+1 If S.value 0 then 从S.L队列 取一进程，挂入就绪队列。,