【重學計算機】操做系統D6章：併發程序設計

1. 併發程序的基本概念

• 程序順序性
  • 內部順序性：CPU嚴格按照順序執行指令
  • 外部順序性：程序員設計程序時每每用順序設計的思想
• 順序程序特性
  • 程序執行的順序性
  • 計算環境的封閉性： 程序執行時猶如獨佔資源
  • 計算結果的肯定性
  • 計算過程的可再現性
• 併發進程
  • 無關的併發進程：一組併發進程，在不一樣變量集上運行
  • 交往的併發進程：一組併發進程，共享某些變量，相互影響
• 併發進程制約關係
  • 進程互斥：爭奪某一個資源
  • 進程同步：共同完成某一個任務，協調前後順序
  • 發生問題：
    • 與時間有關的錯誤：結果錯誤、永遠等待
• 臨界區：
  • 臨界資源：一次只能被一個進程使用的資源（互斥共享變量）
  • 臨界區：是個程序段，是併發進程中與互斥共享變量相關的程序段
  • 相關的臨界區：兩個進程的臨界區有相同的臨界資源（必須互斥進入）
  • 問題：
    • 多個併發進程訪問臨界資源存在制約關係
    • 若是兩個進程同時處在相關的臨界區，會發生與時間有關的錯誤
  • 臨界區管理的要求：
    • 一次至多容許一個進程停留在相關臨界區
    • 一個進程不能無限制停留在臨界區內
    • 一個進程不能無限制等待進入臨界區內
  • 臨界區嵌套使用
  •  

2. 併發程序控制和問題

• 臨界區管理實現：
  • 思路：判斷鎖和獲取鎖要做爲原子操做，否則會死鎖或時間錯誤
  • 實現：
    • 原子指令：測試並創建鎖指令、對換指令（忙式等待，效率不高）
    • 中斷控制：進出臨界區時開關中斷，這樣臨界區執行時就不會被中斷，天然實現了原子性
      • 這個時操做系統的原語，是操做系統解決這個問題的辦法
      • 不建議用戶程序使用，由於沒法保證程序員設計出短小精悍的原語
    • PV操做：用信號量，「申請-等待隊列-中斷恢復」
  • 生產者消費者問題：
• 進程間通訊
  • 信號量：低級通訊方式
  • 信件：進程通訊機制（直接通訊、間接通訊）
  • 基於流：多個進程共同使用一個緩衝區
  • RPC：遠程過程調用
• 死鎖
  • 概念：兩個進程分別等待對方佔有的資源
  • 死鎖的產生
    • 互斥：進程互斥地使用資源
    • 佔有和等待：一個進程得不到資源，就等待且不釋放已有資源
    • 不剝奪：進程不能從另外一個進程搶走資源
    • 循環等待：每一個進程都等待它前一個進程所持有的資源
  • 死鎖的防止
    • 破壞上述四個條件之一便可
    • eg. 層次分配：資源分紅多個層次，一個進程得到某個資源後只能得到比他層次更高的資源　　
  • 死鎖的避免：銀行家算法
  • 死鎖的檢測：
    • 算法：warshall閉包