• [OS] 进程互斥


    对互斥的正确软件实现算法(面包店算法)是非常耗时的,现代的计算机系统都会提供简单的硬件指令,使用这些指令能够有效地解决临界区问题。

    硬件提供一个TestAndSet指令,来实现原子指令的功能:

    1 bool TestAndSet(bool *target)
    2 {
    3     bool rv = *target;
    4     *target = true;
    5     return rv;
    6 }

    在执行上述TestAndSet()函数时是不可以被打断的,因此可以使用以下方法来实现进程的同步:

     1 do
     2 {
     3     //剩余区
     4     
     5     waiting[i] = true;//表示进程Pi处于等待获取锁的状态
     6     key = true;
     7     while(waiting[i]&&key)
     8         key=TestAndSet(lock);//如果进程Pi抢到了锁,记录key=false
     9     waiting[i]=false;
    10 
    11     //临界区
    12 
    13     j=(i+1)%n;
    14     while(j!=i && !waiting[j])//进程Pj处于等待获取锁的状态
    15         j = (j+1)%n;
    16     if(j==i)
    17         lock = false;
    18     else
    19         waiting[j] = false;
    20 
    21     //剩余区
    22 }
    23 while(true);

    临界区条件1:互斥
    第一个进入的进程Pi要等执行了TestAndSet之后才能进入,这时Pi的key=false,其他进程key=true;后续进入的进程Pi,只有在其他进程将waiting[i]设为false之后,才可能进入。
    临界区条件2:空闲让进
    初始,key和所有的waiting[i]都为True,lock=false,因此首次执行TestAndSet的进程会进入临界区。当进入临界区的进程Pi执行完临界区操作之后,在退出区,通过While循环扫描当前处于等待状态的进程j (j!=i),如果找到j,那么waiting[j]被设为false,Pj会随后进入临界区如果没有找到j,那么lock被置为false。总之,只要临界区资源空闲,想进入临界区的进程(其waiting[j]=true)都会被放进临界区。
    临界区条件3:有限等待
    每个进程退出临界区的时候,总会按顺序执行一个扫描,这个循环扫描的过程保证一个进程最多等待n-1次即可进入临界区操作。

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