1樓:匿名使用者
是作業系統裡程序之間通訊用到的兩種操作 具體可以參考下面:
在作業系統理論中有一個非常重要的概念叫做p,v原語。在我們研究程序間的互斥的時候經常會引入這個概念,將p,v操作方法與加鎖的方法相比較,來解決程序間的互斥問題。實際上,他的應用範圍很廣,他不但可以解決程序管理當中的互斥問題,而且我們還可以利用此方法解決程序同步與程序通訊的問題。
[一]p,v原語理論
闡述p,v原語的理論不得不提到的一個人便是赫赫有名的荷蘭科學家e.w.dijkstra。
如果你對這位科學家沒有什麼印象的話,提起解決圖論中最短路徑問題的dijkstra演算法應當是我們再熟悉不過的了。p,v原語的概念以及p,v操作當中需要使用到的訊號量的概念都是由他在2023年提出的。
訊號量是最早出現的用來解決程序同步與互斥問題的機制,包括一個稱為訊號量的變數及對它進行的兩個原語操作。訊號量為一個整數,我們設這個訊號量為:sem。
很顯然,我們規定在sem大於等於零的時候代表可供併發程序使用的資源實體數,sem小於零的時候,表示正在等待使用臨界區的程序的個數。根據這個原則,在給訊號量附初值的時候,我們顯然就要設初值大於零。
p操作和v操作是不可中斷的程式段,稱為原語。p,v原語中p是荷蘭語的passeren,相當於英文的pass, v是荷蘭語的verhoog,相當於英文中的incremnet。
p原語操作的動作是:
(1) sem減1;
(2) 若sem減1後仍大於或等於零,則程序繼續執行;
(3) 若sem減1後小於零,則該程序被阻塞後進入與該訊號相對應的佇列中,然後轉程序排程。
v原語操作的動作是:
(1) sem加1;
(2) 若相加結果大於零,則程序繼續執行;
(3) 若相加結果小於或等於零,則從該訊號的等待佇列中喚醒一等待程序,然後再返回原程序繼續執行或轉程序排程。
需要提醒大家一點就是p,v操作對於每一個程序來說,都只能進行一次。而且必須成對使用。且在p,v願語執行期間不允許有中斷的發生。
對於具體的實現,方法非常多,可以用硬體實現,也可以用軟體實現。我們採用如下的定義:
procedure p(var s:samephore);
procedure v(var s:samephore);
其中用到兩個標準過程:
asleep(s.queue);執行此操作的程序控制塊進入s.queue尾部,程序變成等待狀態
wakeup(s.queue);將s.queue頭程序喚醒插入就緒佇列
對於這個過程,s.value初值為1時,用來實現程序的互斥。
雖軟說訊號量機制畢加鎖方法要好得多,但是也不是說它沒有任何的缺陷。由此我們也可以清晰地看到,這種訊號量機制必須有公共記憶體,不能用於分散式作業系統,這是它最大的弱點。
[二]p,v原語的應用
正如我們在文中最開始的時候提到的,p,v原語不但可以解決程序管理當中的互斥問題,而且我們還可以利用此方法解決程序同步與程序通訊的問題。
(1)用p v原語實現程序互斥
把臨界區置於p(sem) 和v(sem)之間。當一個程序想要進入臨界區時,它必須先執行p原語操作以將訊號量sem減1,在程序完成對臨界區的操作後,它必須執行v原語操作以釋放它所佔用的臨界區。從而就實現了程序的互斥:
具體的過程我們可以簡單的描述如下:
pa:p(sem)
;v(sem)
pb:p(sem)
;v(sem)
(2) 用p v原語實現程序同步
程序同步問題的解決同樣可以採用這種操作來解決,我們假設兩個程序需要同步進行,一個程序是計算程序,另一個程序是列印程序,那麼這個時候兩個程序的定義可以表示為:
pc(表示計算程序)
a: local buf
repeat
buf=buf
until buf=空
計算得到計算結果
buf=計算結果
goto a
pp:(表示列印程序)
b: local pri
repeat
pri=buf
until pri!=空
列印buf中的資料
清除buf中的資料
goto b
相應用p,v原語的實現過程為:
pa: deposit(data)
begin local x
p(bufempty)
按fifo方式選擇一個空緩衝區buf(x)
buf(x)=data
buf(x)置滿標記
v(buffull)
endpb:remove(data)
begin local x
p(buffull)
按fifo方式選擇一個裝滿
資料的緩衝區buf(x)
data=buf(x)
buf(x)置空標記
v(bufempty)
end(3)用p v原語實現程序通訊
我們以郵箱通訊為例說明問題:
郵箱通訊滿足的條件是:
<1>;傳送程序傳送訊息的時候,郵箱中至少要有一個空格能存放該訊息。
<2>;接收程序接收訊息時,郵箱中至少要有一個訊息存在。
傳送程序和接收程序我們可以進行如下的描述:
deposit(m)為傳送程序,接收程序是remove(m). fromnum為傳送程序的私用訊號量,信箱空格數n。mesnum為接收程序的私用訊號量,初值為0.
deposit(m):
begin local x
p(fromnum)
選擇空格x
將訊息m放入空格x中
置格x的標誌為滿
v(mesnum)
endremove(m)
begin local x
p(mesnum)
選擇滿格x
把滿格x中的訊息取出放m中
置格x標誌為空
v(fromnum)
end筆者僅從最基本的程序問題上論述p,v原語的應用。當然關於這一部分的應用是十分廣泛的。比如作業系統文化史上非常經典的哲學家就餐問題,生產-消費問題,讀者-寫者問題,理髮師問題等等。
大家不妨嘗試一下用訊號量的方法進行實現。
主要參考書目:
《計算機作業系統教程》清華大學出版社 張堯學
operating systems--design and implementation,prentice hall
2樓:匿名使用者
如果設計到程式設計方面的話是迴圈語句中的一個部分、如:
(repeat .. until)
作業系統中“通道”是什麼意思?
3樓:匿名使用者
通道是一種通過執行通道程式管理i/o操作的控制器,它使主機(cpu和記憶體)與i/o操作之間達到更高的並行程度。由於它的任務是管理實現輸入/輸出操
作,提供一種傳送通道,所以將這種部件稱作“通道”。cpu把資料傳輸功能下放給通道,這樣,通道與cpu分時使用記憶體,就可以實現cpu與外設的並行工
作。在採用通道方式的指令系統中,除了供cpu程式設計使用的機器指令系統外,還設定另外供通道專用的一組通道指令,用通道指令編制通道程式,存入儲存器。當
需要進行i/o操作時,cpu只需啟動通道,然後可以繼續執行自身程式,通道則執行通道程式,管理與實現i/o操作。整個系統分為二級管理,一級是cpu
對通道的管理,二級是通道對裝置控制的管理。
通道就是可以通資料的
cpu發出一條通道命令,然後由通道和外設交換資料,之後cpu就做其它的事情,通道和外設交換完資料後再向cpu彙報,cpu再處理
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