西电操作系统：进程程序复习
Proccess And Thread
1、fork()和exec()的区别
fork()创建新的进程，父子进程拥有相同的内存映像；
对于父进程来说fork获得的pid是创建的子进程的pid，对于子进程来说fork获得的pid是0；
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(){pid_t pid;pid = fork();if( pid == 0 ){while(1){sleep(1);printf("haha\n"); //子进程会一直打印haha}}if( pid > 0 ){while(1){sleep(1);printf("hehe\n"); //父进程会一直打印hehe}}return 0;
}
exec()是以新的程序去代替原来的程序，但进程的PID保持不变。因此，可以这样认为，exec系统调用并没有创建新的进程，只是替换了原来进程上下文的内容。原进程的代码段，数据段，堆栈段被新的进程所代替。fork()后产生父子进程，拥有相同内存印象。子进程执行exec，修改内存映像，运行新的程序.
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(){pid_t pid;pid = fork();if(pid==0){execl("/bin/ls", "ls", "-l", 0); //子进程切换，调用执行新的程序，不再会打印出hahawhile(1){sleep(1);printf("haha\n");}}if(pid>0){while(1){sleep(1);printf("hehe\n"); //父进程继续打印hehe}}
}
2、pthread
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
int a;
void * th(void *p){int i = 0;while(1){a = 1; i++;sleep(1);if(i<5)printf("haha\n");}
}
int main()
{int i = 0;a = 0;pthread_t myth;pthread_create(&myth, NULL, th, NULL);while(1){i++; sleep(1);if(i <= 5)printf("a=%d hehe\n", a);}return 0;
}
pthread_create(&myth, NULL, th, NULL)生成了线程：表示要执行的程序标段。
3、进程和线程的区别
同一个进程的线程之间是共享：程序段，数据段，代码段的
但是：PSW，PC，堆栈，寄存器是不共享的。
4、Mutual Exclusion with Busy waiting
（1） 锁变量
连续测试一个变量直到出现某个值为止，称为忙等待。
用于忙等待的锁称为自旋锁。
while(TRUE){while(turn!=0); /*忙等待*/critical_region();turn = 1;noncritical_region();
}while(TRUE){while(turn!=1);/*忙等待*/critical_region();trun = 0;noncritical_region(;)
}
需要严格地轮换执行
（2） Peterson解法
用了两个变量避免轮转：
#define FALSE 0
#define TRUE 1
#define N 2int turn;
int interested[N];void enter_region(int process)
{int other;other = 1 - process;interested[process] = TRUE;turn = process;while(turn == process && interested[other] == TRUE); //空语句，无法进入关键区
}void leave_region(int process){interested[process] = FALSE; //表示离开临界区
}
（3） TSL指令
TSL RX, LOCK：测试并加锁；将锁字lock读到寄存器RX中，然后将锁值设为1；
读字和写操作保证是不可分的。即该指令结束前不允许其他处理器访问该内存字。执行TSL指令需要锁住总线
注意，在TSL指令中，LOCK为0是表示未上锁，为1时表示上锁
enter_region:TSL REGISTER, LOCK |复制锁值到寄存器，并将锁设置为1CMP REGISTER, #0 |锁是0吗？是0表示没有上锁，可以进入关键区JNE enter_region |锁值非零，已经上锁，不能进入关键区RET |返回调用者，进入临界区leave_region:MOVE LOCK, #0 |将锁值设置为0，解锁RET |离开关键区
另外TSL指令可以被XCHG指令代替：
enter_region:MOVE REGISTER, #1XCHG REGISTER, LOCKCMP REGISTER, #0JNE enter_regionRET
leave_region:MOVE LOCK, #0RET
5、Sleeping and Wakeup
具有严重的竞争条件的生产者与消费者问题。
丢失唤醒信号！！！会导致整个的睡眠
6、信号量
#define N 100
typedef int semaphore;
semaphore mutex = 1;
semaphore empty = N;
semaphore full = 0;void produce()
{int item;while(TRUE){item = produce_item();down(&empty);down(&mutex);isert_item(item);up(&mutex);up(&full); }
}void consume()
{int item;while(TRUE){down(&full);down(&mutex);item = remove_item();up(&mutex);up(&empty);consume_item(item);}
}
7、互斥量
信号量的简化版本。仅适用于管理共享资源或一小段代码。在实现用户空间线程包时非常有用。值只有0和1。这是不同于semaphore的显著区别。
mutex_lock:TSL REGISTER, LOCKCMP RESISTER, #0JZE ok |锁是0吗？是零的话，那么跳转CALL thread_yield |与忙等待不同之处，让出了CPU的使用权JMP mutex_lock
ok: RET
mutex_unlock:MOVE mutex, #0RET
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LX7C5J9V-1625280764315)(C:/Users/%E5%AD%99%E8%95%B4%E7%90%A6/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20210621184404415.png)]
互斥量和conditional variable联合使用，解决生产者和消费者问题：
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#define MAX 1000000000 /*需要生产的数量*/
pthread_mutex_t the_mutex;
pthread_cond_t condc, condp;
int buffer = 0;void *producer(void *ptr)
{int i;for(i = 1; i<= MAX;i++){pthread_mutex_lock(&the_mutex); //给mutex上锁while(buffer! = 0)pthread_cond_wait(&condp, &the_mutex);buffer = i;pthread_cond_signal(&condc); //唤醒消费者pthread_mutex_unlock(&the_mutex); //释放缓冲区}pthread_exit(0);
}void consumer(void *ptr)
{int i;for(i = 0; i<=MAX; i++){pthread_mutex_lock(&the_mutex);while(buffer == 0)pthread_cond_wait(&condc, &the_mutex);buffer = 0;pthread_cond_signal(&condp); //唤醒生产者pthread_mutex_unlock(&the_mutex);}pthread_exit(0);
}int main()
{pthread_t pro, con;pthread_mutex_init (&the_mutex, 0);pthread_cond_init(&condc, 0);pthread_cond_init(&condp, 0);pthread_create(&con, 0, consumer, 0);pthread_create(&pro, 0, producer, 0);pthread_join(pro, 0);pthread_join(con, 0);pthread_cond_destory(&condc);pthread_cond_destory(&condp);pthread_mutex_destory(&the_mutex);
}8、经典IPC问题
（1）哲学家就餐问题
#define N 5
#define LEFT (i+N-1)%N
#define RIGHT (i+1)%N
#define THINKING 0
#define HUNGRY 1
#define EATING 2typedef int semaphore;
int state[N];
semaphore mutex = 1; //对状态表的互斥访问
semaphore s[N]; //到底有无获得叉子void philosopher(int i)
{while(TRUE){}
}void take_forks(int i)
{down(&mutex); //保护状态表state[i] = HUNGRY;test(i); //询问一下邻居能不能吃up(&mutex); down(&s[i]); //拿不到叉子会阻塞
}void put_forks(i)
{down(&mutex);state[i] = THINKING;test(LEFT);test(RIGHT);up(&mutex);
}void test(i)
{if(state[i] == HUNGERY && state[LEFT] != EATING && state[RIGHT] != EATING){state[i] = EATING;up(&s[i]);}
}
（2）读者写者问题
typedef int semaphore;
semaphore mutex = 1; //互斥：rc
semaphore db = 1; //互斥：数据库访问
int rc = 0; //读者数void reader()
{while(TRUE){down(&mutex);rc = rc+1;if(rc==1)down(&db);up(&mutex);read_data_base;down(&mutex);rc = rc -1;if(rc == 0) up(&db);up(&mutex);use_data_read;}
}void writer()
{while(TRUE){think_up_data();down(&db);write_data_base();up(&db);}
}
9、消息传递解决生产者和消费者问题
#define N 100
void producer(void)
{int item;message m;while(TRUE){item = produce_item();receive(consumer, &m);build_message(&m, item);send(consumer, &m);}
}void consumer(void)
{int item, i;message m;for(int i = 0;i<N;i++){send(producer, &m);}while(TRUE){}
}
#define N 100
void producer(void)
{int item;message m;while(TRUE){item = produce_item();receive(consumer, &m);build_message(&m, item);send(consumer, &m);}
}void consumer(void)
{int item, i;message m;for(int i = 0;i<N;i++){send(producer, &m);}while(TRUE){}
}
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