进程的互斥方式

进程的互斥方式
1.硬件方式
 1）中断禁用
为保证多个并发进程互斥使用临界资源,，需保证一个进程在执行临界区代码时不被中断即可，这个能力可以通过系统内核为启用和禁用中断定又的原语提供，进程可以通过下面的方法实现互斥

while(1)
{
    禁止中断
    临界区
    启用中断
    其余部分
}

由于临界区不能被中断，故可保证互斥。但该方法代价太高，因为CPU被限制于只能交替执行程序，执行效率明显降低
 2）专用机器指令
CPU的设计者提供了一些硬件指令，用于保证几个动作的原子性。这几个动作在一个指令周期中执行，不会受到其他指令的干扰。

如testset指令和exchange指令。

testset 指令定义如下:

boolean testset(int i)
{
    if(i==0) //如果未被标记则去标记它，并返回true
    {
        i=1;
        return true;
    }
    else     //如果已被标记，则返回false
        return false;
}

该指令测试它的参数i的值。如果i为0,则用1取代并返回true.这可以表示临界资源未被使用时，进程占用临界资源；如果i为1，值不变，返回false,，这可以表示临界资源已被使用时，进程不能再占用临界资源。由于整个testset 函数自动整体执行，就是说它
不服从于任何中断，因此可实现进程互斥。

用testset 指令实现互斥举例:

const int n=/*进程数*/;

int bolt;  //表示临界资源是否被占用

void P(int i)
{
    while(1)
    {
        while(!testset(bolt))
            /*什么也不做*/;
        
        /*临界区*/
        
        bolt=0;  //临界资源已释放
        
        /*其余部分*/
    }
}

void main()
{
    bolt=0;
    parbegin(P(1),P(2),...,P(n));
}

每个进程都在循环检测bolt 变量,当bolt 为0时，进程进人临界区;否则进程一直循

exchange 指令定义如下:

void exchange(int register,int memory)
{
    int temp;
    temp=memory;
    memory=register;
    register=temp;
}

该指令交换一个寄存器和一个存储器单元的内容。在执行该指令的过程中,任何其他指令对该存储器单元的访问均被阻止。

用exchange 指令实现互斥举例:

const int n=/*进程数*/;

int bolt;  //表示临界资源是否被占用

void P(int i)
{
    while(1)
    {
        int key=1;
        while(key!=0)
            exchange(key,bolt);
            
        /*临界区*/
        
        exchange(key,bolt);
        /*其余部分*/
    }
}

void main()
{
    bolt=0;
    parbegin(P(1),P(2),...,P(n));
}

共享变量bolt被初始化为0,每个进程都使用一个局部变量key且初始化为1,唯一可以进入临界区的进程是发现bolt 等于0的那个进程，它把bolt置为1.排斥所有其他进程进人临界区。进程离开临界区时，它把bolt 重置为0，允许另一个进程进人临界区。
机器指令方法具有如下优点。
(1) 适用于在单CPU 或共享主存的多CPU 上的任何数目的进程。
(2) 非常简单且易于证明。
(3) 可用于支持多个临界区。
机器指令方法具有如下缺点。
(1) 使用了忙等待。因此，当一个进程正在等待进人一个临界区时，它会继续消耗CPU 时间。
(2) 可能发生饿死现象。当一个进程离开一个临界区并且有多个进程正在等待时，选择哪一个等待进程是随意的,因此，某些进程可能无限地被拒绝进入。
(3) 可能发生死锁现象。考虑单CPU 中的下列情况: 进程P1执行专门指令并进入临界区，然后P1被中断并把CPU给具有更高优先级的P2。如果P2 试图使用与P1相同的资源，由于互斥机制，它将被拒绝访问。因此，它会进人忙等待循环。但是，由于Pl 比P2 的优先级低，它将永远不会被调度执行。