操作系統(tǒng)臨界資源是指一次只能被一個(gè)進(jìn)程所占用的資源，下面由學(xué)習(xí)啦小編為大家整理了操作系統(tǒng)臨界資源的相關(guān)知識(shí)，希望對(duì)大家有幫助。

　　1.操作系統(tǒng)臨界資源

　　簡介

　　在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是占有資源的最小單位(線程可以訪問其所在進(jìn)程內(nèi)的所有資源，但線程本身并不占有資源或僅僅占有一點(diǎn)必須資源)。但對(duì)于某些資源來說，其在同一時(shí)間只能被一個(gè)進(jìn)程所占用。這些一次只能被一個(gè)進(jìn)程所占用的資源就是所謂的臨界資源。典型的臨界資源比如物理上的打印機(jī)，或是存在硬盤或內(nèi)存中被多個(gè)進(jìn)程所共享的一些變量和數(shù)據(jù)等(如果這類資源不被看成臨界資源加以保護(hù)，那么很有可能造成丟數(shù)據(jù)的問題)。

　　對(duì)于臨界資源的訪問，必須是互訴進(jìn)行。也就是當(dāng)臨界資源被占用時(shí)，另一個(gè)申請(qǐng)臨界資源的進(jìn)程會(huì)被阻塞，直到其所申請(qǐng)的臨界資源被釋放。而進(jìn)程內(nèi)訪問臨界資源的代碼被成為臨界區(qū)。

　　對(duì)于臨界區(qū)的訪問過程分為四個(gè)部分：

　　1.進(jìn)入?yún)^(qū)：查看臨界區(qū)是否可訪問，如果可以訪問，則轉(zhuǎn)到步驟二，否則進(jìn)程會(huì)被阻塞

　　2.臨界區(qū)：在臨界區(qū)做操作

　　3.退出區(qū)：清除臨界區(qū)被占用的標(biāo)志

　　4.剩余區(qū)：進(jìn)程與臨界區(qū)不相關(guān)部分的代碼

　　互斥的要求：

　　必須強(qiáng)制實(shí)施互斥，即一次只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)。一個(gè)在非臨界區(qū)停止的程序不能干涉其他程序。有限等待，即決不允許需要訪問臨界區(qū)的進(jìn)程被無限延遲的情況，即死鎖或餓死，有空讓進(jìn)，臨界區(qū)空閑時(shí)，請(qǐng)求程序可進(jìn)，對(duì)相關(guān)進(jìn)程的執(zhí)行速度和處理器的速度沒有任何要求和限制。一個(gè)進(jìn)程駐留在臨界區(qū)的時(shí)間必須是有限的。

　　互斥的實(shí)現(xiàn)：

　　軟件的方法：由并發(fā)執(zhí)行進(jìn)程擔(dān)任這個(gè)責(zé)任

　　機(jī)器指令：減少開銷，但不能通用

　　2.補(bǔ)充資料：操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥的基本方法

　　硬件實(shí)現(xiàn)方法

　　中斷禁用

　　單處理器中并發(fā)進(jìn)程不能重疊只能交替，一個(gè)進(jìn)程一直運(yùn)行到調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)或被中斷。保證互斥只需保證一個(gè)進(jìn)程不被中斷

　　缺點(diǎn)：一長時(shí)間中斷禁止，中斷效率會(huì)降低。二不能用于多處理結(jié)構(gòu)中

　　專用機(jī)器指令

　　用于保證訪問的原子性。1、比較和交換指令(compare and swap)、2、Exchange指令

　　機(jī)器指令方法的特點(diǎn)：

　　1、適合在單處理器或共享內(nèi)存的多處理器上的任何數(shù)目的進(jìn)程

　　2、非常簡單且易于證明

　　3、可用于支持多個(gè)臨界區(qū)，可用自己的變量定義

　　缺點(diǎn)

　　1、忙等待，進(jìn)程等待進(jìn)入臨界區(qū)，仍然會(huì)繼續(xù)消耗CPU的時(shí)間

　　2、可能饑餓，當(dāng)需要等待程序進(jìn)入時(shí)，某些可能被無限拒絕

　　3、可能死鎖，低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程占用高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程所需的資源

　　信號(hào)量實(shí)現(xiàn)方法

　　解決并發(fā)問題基本原理

　　兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程可以通過簡單的信號(hào)進(jìn)行合作，一個(gè)進(jìn)程可以被迫在某一個(gè)位置停止，直到它接到某一個(gè)特定的信號(hào)。復(fù)雜的合作需求都可以通過適當(dāng)?shù)男盘?hào)結(jié)構(gòu)完成。只需要一個(gè)特殊的變量(整數(shù)型)：稱為信號(hào)量

　　信號(hào)量的三個(gè)操作

　　1、信號(hào)量s可以初始化成非負(fù)數(shù)

　　用于互斥：s=1

　　用于同步：s>=0

　　2、semWait(s)進(jìn)程請(qǐng)求分配一個(gè)資源，操作使信號(hào)量減1，若為負(fù)。進(jìn)程阻塞。否則繼續(xù)執(zhí)行

　　3、semSignal(s)進(jìn)程釋放一個(gè)資源，操作使信號(hào)量加1，若小于或等于0.則阻塞的進(jìn)程被解除阻塞

　　信號(hào)量的使用規(guī)則

　　1、semWait和seSignal必須成對(duì)出現(xiàn)

　　互斥時(shí)，位于同一進(jìn)程，臨界區(qū)的前后

　　同步時(shí)，交錯(cuò)出現(xiàn)在兩個(gè)合作進(jìn)程內(nèi)

　　2、多個(gè)seWait次序不能顛倒，否則可能導(dǎo)致死鎖

　　3、用于同步的semWait應(yīng)出現(xiàn)在用于互斥的semSignal之前

　　4、多個(gè)semSigal次序可以任意

　　5、在進(jìn)程對(duì)信號(hào)量減1之前無法提前知道該信號(hào)量是否會(huì)被阻塞

　　6、當(dāng)進(jìn)程對(duì)一個(gè)信號(hào)量加1后。另一個(gè)進(jìn)程會(huì)被喚醒，兩個(gè)進(jìn)程繼續(xù)并發(fā)運(yùn)行

　　7、在向信號(hào)量發(fā)出信號(hào)后，不需要知道是否有另一個(gè)進(jìn)程在正在等待，被解除阻塞的進(jìn)程數(shù)量或者沒有或者是1

　　管程實(shí)現(xiàn)方法

　　信號(hào)量為實(shí)施互斥和進(jìn)程間合作提供了強(qiáng)大靈活的工具，但存在難點(diǎn)。即semWait和semSignal操作可能分布在整個(gè)程序中，很難看出整體效果，因此提出管程(Monitor)，一個(gè)程序設(shè)計(jì)語言結(jié)構(gòu)，可以鎖定任何對(duì)象，提供與信號(hào)量相同的功能，更易于控制

　　使用信號(hào)的管程

　　定義：管程由一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程、一個(gè)初始化序列和局部數(shù)據(jù)組成的軟件模塊

　　特點(diǎn)：

　　1、局部數(shù)據(jù)變量只能被管程的過程訪問，任何外部過程都不能訪問

　　2、一個(gè)進(jìn)程通過調(diào)用管程的一個(gè)過程進(jìn)入管程

　　3、在任何時(shí)候、只能有一個(gè)進(jìn)程在管程中執(zhí)行，調(diào)用管程的其他任何程序都被阻塞

　　管程的幾個(gè)要素

　　1、管程中的共享變量在外部不可見，只能通過管程內(nèi)所說明的過程間接訪問

　　2管程必須互斥進(jìn)入：管程中的數(shù)據(jù)變量每次只能被一個(gè)進(jìn)程訪問，保證數(shù)據(jù)完整性

　　3、管程通常用來管理資源，應(yīng)當(dāng)沒有進(jìn)程等待隊(duì)伍、相應(yīng)的等待及喚醒

　　4、Q進(jìn)去管程等待時(shí)，釋放管程互斥權(quán)，P進(jìn)入管程，喚醒Q

　　P等待Q繼續(xù)，直到Q退出或等待

　　P等待Q繼續(xù)，直到P退出或等待

　　規(guī)定喚醒為進(jìn)程中最后一個(gè)操作

　　利