【操作系统】互斥:软件解决方法
互斥:软件解决方法
算法一
算法思路
预留一个全局内存区域,并标记为turn
。进程(P0
或P1
)想进入它的临界区执行时,要先检查turn
的内容。若turn
的值等于进程号,则该进程可以进入它的临界区;否则该进程被强制等待。等待进程重复地读取turn
的值。直到被允许进入临界区。这一过程称为忙等待(busy waiting) 或 自旋等待(spin waiting),进程在获得临界区的访问权并完成访问后,必须为另一个进程更新turn
的值。
P0
:
while(turn != 0) {/* busy waiting */}
/* critical section */
turn = 1;
P1
:
while(turn != 1) {/* busy waiting */}
/* critical section */
turn = 0;
缺陷
- 进程必须严格交替(
P0
临界区执行完后才会更新turn
值,使得P1
跳出忙等待状态,同理P0
也需等待P1
临界区执行完)使用它们的临界区,因此执行的步调由两个进程较慢的进程决定。
例如:若P0
在1小时内仅使用临界区1次,而P1
要以1000次/小时的速率使用临界区,则P1
就必须适应P0
的节奏。
BUG
- 若一个进程终止,则另一个进程就会被永久阻塞。无论进程是在临界区内终止还是在临界区之外终止,都会发生这种情况。
例如:P0
在执行到第二行代码(临界区内)时终止,此时turn
值为0
且此后不会被更新,因此P1
将永久处于忙等待状态;P0
在执行到第三行代码(临界区外)时终止,此时turn
值为1
,于是P1
进入临界区,执行完后便将turn
值置为0
,而P0
进程因为终止便不会再更新turn
值,因此P1
将永久处于忙等待状态。
算法二
算法一仅由一个共享的仲裁变量去实现进程间的互斥,因此进程之间必须严格交替执行,进程之间的依赖关系过强
算法二为每一个进程都配备了专门的”钥匙“,这里定义一个bool
数组flag
,flag[0]
与P0
关联,flag[1]
与P1
关联,每个进程可检查但不能改变另一个进程的flag
值
算法思路
一个进程要进入临界区时,它会周期性地检查另一个进程的flag
,直到其值为false
,这表明另一个进程不在临界区内。检查进程立即设置自己的flag
为true
,进入自己的临界区。离开临界区时,将自己的flag
设置为false
。
P0
:
while(flag[1]) {/* busy waiting */}
flag[0] = true;
/* critical section */
flag[0] = false;
P1
:
while(flag[0]) {/* busy waiting */}
flag[1] = true;
/* critical section */
flag[1] = false;
进步
- 若一个进程在临界区外终止,包括设置
flag
代码时,则另一个进程不会被阻塞。
例如:当P1
在执行完第4行代码后终止,此后flag[1]
将一直保持false
,因此P0
将永远不会进入忙等待状态即说明其不会被阻塞
BUG
- 若一个进程在临界区内,或在进入临界区之前已将
flag
设置为true
时终止,则另一个进程就会永久阻塞 - 没有保证互斥!!
例如:P1
执行完第4行代码后,于是P0
跳出忙等待状态,但P0
还未来得及执行第二行代码(将flag[0]
设置为true
)P1
便又进入了临界区,随后P0
也进入临界区,便产生了访问冲突
下面采用Java多线程编程模拟算法二并验证BUG-2
package TEST;public class Multithreading {public static void main(String[] args) {Process p0 = new Process("P0", 0, 0);Process p1 = new Process("P1", 1, 1);p0.start();p1.start();}
}
class Process extends Thread {private static int var;private int var_right;private static boolean[] flag = new boolean[2];private String name;private int cnt_test = 100;private int No;private int No_other;public Process(String name, int No, int var_right) {super();this.name = name;this.No = No;this.var_right = var_right;this.No_other = (No + 1) % 2;}public void run() {for(int i = 0; i < cnt_test; i++) {while(flag[No_other]) { /* busy waiting */ }flag[No] = true;/*--- critical section begin---*/var = var_right;System.out.println(this.name + ":" + (var == var_right? var : "##"));/*--- critical section end---*/flag[No] = false;}}
}
两个线程任务是,将公共变量var
赋值为本线程对应正确的值var_right
,并输出当前var
的值,若两个线程保证互斥则var
总是等于var_right
(Condition ‘var == var_right’ is always ‘true’)即不会输出##
运行结果如下:
P0:0
P1:##
P0:0
P1:1
P0:0
P1:##
P0:0
P1:##
P0:0
P0:0
P0:0
P1:##
P1:##
P0:0
P1:1
P1:1
P0:##
P1:1
P1:1
P1:1
P0:##
P0:##
P1:1
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P0:##
P1:1
P0:##
P1:1
P1:##
P0:0
P0:0
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P0:0
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:##
P0:0
P1:1
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P1:1
P0:0
P1:1
P0:0
P0:0
P1:1
P1:1
P1:1
P0:0
P1:##
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P1:1
P0:0
P1:##
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:##
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P1:1
P0:##
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P1:##
P0:0
P1:1
P1:1
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0
P0:0Process finished with exit code 0
可见采用算法二两个线程之间发生了不少次的访问冲突(输出##
)
算法三
算法二由于执行速率不匹配的原因,导致两个进程同时处在临界区的位置,所以算法二的方案失败
算法三通过简单地交换两条语句来解决这一问题
算法思路
将控制其他进程持续忙等待的语句提到了检查flag
值之前,确保了同一时刻只有一个进程进入临界区
P0
:
flag[0] = true;
while(flag[1]) {/* busy waiting */}
/* critical section */
flag[0] = false;
P1
:
flag[1] = true;
while(flag[0]) {/* busy waiting */}
/* critical section */
flag[1] = false;
进步
- 解决算法二造成的访问冲突问题,确保了互斥性
BUG
- 与算法二一样,某一进程在临界区内或在设置
flag
为true
时终止,会引起其他进程永久阻塞 - 若每个进程在执行
while
语句前都将flag
设置为true
,则每个进程都会认为另一个进程已经进入临界区,进而引发死锁
例如:P0
执行完第一行代码后还未来得及执行while
语句,P1
也执行完了第一行代码,此时flag[0]
与flag[1]
的值都为true
,因此两个进程都无法跳出忙等待的状态,从而造成死锁
下面采用Java多线程编程模拟算法三并验证BUG-2
package TEST;public class Multithreading {public static void main(String[] args) {Process p0 = new Process("P0", 0, 0);Process p1 = new Process("P1", 1, 1);p0.start();p1.start();}
}
class Process extends Thread {private static int cnt_busy_wait = 0;private static int var;private int var_right;private static boolean[] flag = new boolean[2];private String name;private int cnt_test = 100;private int No;private int No_other;public Process(String name, int No, int var_right) {super();this.name = name;this.No = No;this.var_right = var_right;this.No_other = (No + 1) % 2;}public void run() {for(int i = 0; i < cnt_test; i++) {flag[No] = true;while(flag[No_other]) {/* busy waiting */System.out.println(this.name + " BusyWaiting: " + (++cnt_busy_wait));if(cnt_busy_wait > 999) return;}/*--- critical section begin---*/var = var_right;System.out.println(this.name + ":" + (var == var_right? var : "##"));/*--- critical section end---*/flag[No] = false;}}
}
运行结果如下:
P0:0
P1 BusyWaiting: 1
P1 BusyWaiting: 3
P1 BusyWaiting: 4
P1 BusyWaiting: 5
P0 BusyWaiting: 2
P0 BusyWaiting: 7
P0 BusyWaiting: 8
P0 BusyWaiting: 9
P0 BusyWaiting: 10
P1 BusyWaiting: 6
P1 BusyWaiting: 12
P1 BusyWaiting: 13
P0 BusyWaiting: 11... ...P1 BusyWaiting: 995
P1 BusyWaiting: 996
P1 BusyWaiting: 997
P1 BusyWaiting: 998
P1 BusyWaiting: 999
P1 BusyWaiting: 1000
P0 BusyWaiting: 967Process finished with exit code 0
可见结果只被正确输出了一次,此后两线程皆处在忙等待状态,形成死锁
算法四
算法三中,一个进程在设置其状态时是不知道另一个进程的状态的。由于每一个进程坚持要进入临界区,导致死锁发生
算法四在算法三的基础上引入**“谦让”**的机制,在忙等待中随时重设flag
,一定程度上避免了死锁发生
算法思路
当出现死锁情况时(两者都进入忙等待状态),P0
进程将flag[0]
置为false
并在该状态延迟1秒,P1
便可在这1秒之内跳出忙等待状态,从而避免了死锁的情况
P0
:
flag[0] = true;
while(flag[1])
{flag[0] = false;delay(1); // dalay 1 secflag[0] = true;
}
/* critical section */
flag[0] = false;
P1
:
flag[1] = true;
while(flag[0])
{flag[1] = false;delay(1); // dalay 1 secflag[1] = true;
}
/* critical section */
flag[1] = false;
进步
- 一定程度的避免了死锁的出现
缺陷
- 当两个进程自上而下的语句几乎同时被执行时,则两者都不会进入临界区。严格来说,这不是死锁,因为两个进程执行速率的相对变化会打破这种状况,允许其中一个进程进入临界区,这种状态称为活锁(livelock)(尽管该场景不会维持很长时间,但仍然是一种有可能发生的情形)
Dekker 算法
算法四可能会出现 “互相谦让” 的情况
Dekker算法通过turn
变量表示哪个进程有权进入它的临界区,避免了**“互相谦让”**的情况
算法思路
当P0
要进入它的临界区时,将其flag
设置为true
,然后检查P1
的flag
。若为false
,P0
可以立即进入它的临界区;否则,P0
要检查turn
,若发现turn
为0
,则P0
要持续周期性地检查P1
的flag
。而P1
需要延期执行并将flag
设置为false
,让P0
执行。P0
完成临界区执行后,将其flag
设置为false
以释放临界区,并将turn
设置为1
,把权力转交给P1
bool flag[2];
int turn;
void P0()
{while (true){flag[0] = true;while (flag[1]){if (turn == 1){flag[0] = false;while(turn == 1) { /* busy waiting */ }flag[0] = true;}}/* critical section */turn = 1;flag[0] = false;}
}
void P1()
{while (true){flag[1] = true;while (flag[0]){if (turn == 0){flag[1] = false;while (turn == 0) { /* busy waiting */ }flag[1] = true;}}/* critical section */turn = 0;flag[1] = false;}
}
int main()
{flag[0] = false;flag[1] = false;turn = 1;parbegin(P0, P1); // concurrent executionreturn 0;
}
Peterson 算法
Dekker 算法解决了互斥问题,但复杂的程序很难实现且其正确性也很难证明。Peterson提出了一个简单且精致的算法。和前面一样,全局数组变量flag
表明每个互斥进程的位置,全局变量turn
解决同时发生的冲突。
bool flag[2];
int turn;
void P0()
{while(true){flag[0] = true;turn = 1;while(flag[1] && turn == 1) {/* busy waiting */}/* critical section */flag[0] = false;}
}
void P1()
{while(true){flag[1] = true;turn = 0;while(flag[0] && turn == 0) {/* busy waiting */}/* critical section */flag[1] = false;}
}
int main()
{flag[0] = false;flag[1] = false;parbegin(P0, P1); // concurrent executionreturn 0;
}
最后两种正确算法相关内容(验证、说明等)待更新… …
【操作系统】互斥:软件解决方法相关推荐
- ThinkPad安装deepin操作系统报错解决方法
ThinkPad安装deepin操作系统报错解决方法 参考文章: (1)ThinkPad安装deepin操作系统报错解决方法 (2)https://www.cnblogs.com/haihua85/p ...
- 部分HP笔记本无法使用GHOST软件解决方法
部分HP笔记本无法使用GHOST软件解决方法 如果那位朋友在运行GHOST这个软件的时候出现死机状态千万别担心,这不是你的电脑出了问题,而是BIOS版本的问题,现在本人说一下解决方法 首先要有一张带有 ...
- 提示“windows无法配置此无线连接,如果您已经起用其他程序管理此无线连接,请使用该软件.....”解决方法
查找可用无线网络,提示"windows无法配置此无线连接,如果您已经起用其他程序管理此无线连接,请使用该软件....." 解决方法: 1.查看无线网卡的驱动是否安装正确 查看方法: ...
- 计算机开机选择用户界面,Windows10每次开机都会出现选择操作系统界面的解决方法...
为了体验新系统,小编直接在电脑中安装了Win10正式版,可是在安装过后,问题也随之而来.那就是,每次win10系统电脑开机时,都会出现一个选择操作系统的界面,感觉很是烦人.小编研究了很长时间,才终于成 ...
- deepin深度应用商店无法安装卸载软件解决方法
打开深度应用商店安装任何一款软件均显示失败,卸载软件也如此解决方法: 执行以下命令出现如下现象 root@xx-PC:~/Desktop$ sudo apt-get update E: 软件源列表 / ...
- Win7操作系统常见故障解决方法汇总
一.在Windows下经常出现蓝屏故障 出现此类故障的表现方式多样,有时在Windows启动时出现,有时在Windows下运行一些软件时出现,出现此类故障一般是由于用户操作不当促使Windows系统损 ...
- 一个意外错误使你无法删除该文件夹。【错误0x80070091:目录不是空的】Bandizip压缩软件解决方法
这两天看到D盘中有没有用的文件夹,点开发现是空的,右键看属性文件大小也为0,但是没法删除,出现这种奇怪的异常,尝试了网上说的好几种方法,什么磁盘修复.新建文件等都没有成功,自己进行摸索尝试发现了一种利 ...
- win10系统无法安装sql2005等软件解决方法
win10系统安装sql2005有很多种方法,如安装双系统,或者在淘宝上购买远程安装,不过这些都不简洁,毕竟系统在更新,这些方法都不能一劳永逸,所以我的办法是安装一个虚拟机! WIN7虚拟机使用教程 ...
- iPhone低版本固件无法安装高版本软件解决方法
专注于iPhone相关研究,24小时滚动报道关于iPhone新闻 因为固件版本不同而导致一些新的软件无法在老的iPhone/iPod Touch固件系统上安装问题一直困扰很多人,而下面我们有一种折中的 ...
最新文章
- 虚幻中的风格化环境制作学习教程
- socket开发:一台服务器同一端口同时在多个网卡上开启listen的误区理解。
- Spring-学习笔记03【Spring的IOC和DI】
- C学习if条件判断和for循环
- ASP.NET Web API之消息[拦截]处理(转)
- openssl不是内部或外部命令_OpenSSL新架构蓝图
- wxpython富文本_去除富文本编辑器中的标签
- VB SendMessage向其他程序窗口发送字符串消息实例
- (八)2005年我的第一次软件行业创业,烧掉30万、2年时间打水漂的惨痛教训
- Python 装饰器总结
- 影响力最大化 模拟爆发(粗糙笔记)
- multiset用法详解
- Android 选择图片、上传图片之Matisse
- 配置fly.js请求
- colorFormat颜色转换插件
- 解决pycharm中中文列表输出'\xe5\xa4\xa7\xe8\x92\x9c'之类的字符串
- android 捕获按键,Android捕获home和recent app按键
- 设计模式--静态工厂、简单工厂方法案例分析
- error: OpenCV(4.1.2) ..\modules\imgcodecs\src\loadsave.cpp:715: error: (-215:Assertion failed) !_img
- 使用 golang gopacket 实现进程级流量监控
热门文章
- vue-cli安装步骤
- html5与css3入门知识点精炼
- C# 如何跨平台调用C++的函数指针!
- Leetcode 648.单词替换
- mysql中ibdata1过大的问题
- codeforces 261 D
- [windows phone 7 ]查看已安装程序GUID
- 【转】三五个人十来条枪 如何走出软件作坊成为开发正规军
- easypanel mysql错误_Easypanel v1.6(虚拟主机控制面板)图文使用教程
- 中职升高职c语言程序设计教程课后答案,中职C语言教学创新与实践论文