几种常见的同步方法

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2019-11-2

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为什么需要同步机制?

      如果某一个进程在对某个数据结构进行操作时被挂起,那么其他的进程就不应该对该数据结构进行操作,除非他已被重新设置成一致性状态,否则两个进程的交互作用,将破坏所存储的信息。这个同步问题不仅出现在共享公共数据的进程之间,也出现在内核的控制路径之间。

      在开始同步方法的说明之前,首先来明确两个概念。

何谓临界区?

      临界区是这样的一段代码:进入这段代码的进程必须完成,之后另一个进程才能进入。

何谓内核控制路径?

      内核控制路径表示内核处理系统调用,异常和中断所执行的指令序列。

    那么到底目前有哪一些同步机制呢?下面就开始为大家一一解答。

非抢占式内核

在寻找彻底简单的解决同步问题的方案中,大多数传统的Unix内核,都是非抢占式的:当某一进程在执行,他不能被任意挂起,也不能被另一个进程代替。

禁止中断

在进入一个临界区之前禁止所有硬件中断,一开始在重新启用中断。这种机制,尽管简单,但远不是最佳的,如果临界区比较大,那么在一个相对较长的时间内持续禁止中断就可能是所有的硬件活动处于冻结状态。

  信号量

这是一种广泛使用的同步机制。所谓信号量,就是与某个数据结构相关的计数器,所有线程在试图访问这个数据结构之前都要检查这个信号量。可以把信号量看成一个对象,其组成如下:

1一个整数变量;

2一个等待进程的链表;

3两个原子方法,down()和up()。

每个要保护的数据结构都有他自己的信号量(初始值为1),当某进程希望访问这个数据结构时,她在相应的信号量上执行down()函数,如果信号量的当前值不是负数,则允许访问这个数据结构,否则把该进程加入到这个信号量的链表并阻塞该进程。当另一个进程在那个信号量上执行up()函数时,允许信号量链表上的下一个进程继续执行。

自旋锁

在多处理器操作系统中,我们建议使用自旋锁。自旋锁与信号量非常相似,但没有进程链表。当一个进程,发现锁被另一个进程所着时,他就不停的”旋转”,执行一个紧凑的循环指令,直到锁打开。 当然是选手,在单处理器环境下是无效的,因为它会造成系统的挂起。

避免死锁

那么什么是死锁呢,举一个最简单的死锁的例子,进程1获得访问数据结构a的权限,进程2获得访问b的权限。但是进程1在等待b,进程2在等待a。进程之间其他更复杂的循环等待的情况也可能发生。显然死锁情形会导致受影响的进程完全处于冻结状态。

作者:Leon_Geo