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操作系统临界资源是指一次只能被一个进程所占用的资源，下面由小编为大家整理了操作系统临界资源的相关知识，希望对大家有帮助。
1.操作系统临界资源
简介
在操作系统中，进程是占有资源的最小单位(线程可以访问其所在进程内的所有资源，但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源)。但对于某些资源来说，其在同一时间只能被一个进程所占用。这些一次只能被一个进程所占用的资源就是所谓的临界资源。典型的临界资源比如物理上的打印机，或是存在硬盘或内存中被多个进程所共享的一些变量和数据等(如果这类资源不被看成临界资源加以保护，那么很有可能造成丢数据的问题)。
对于临界资源的访问，必须是互诉进行。也就是当临界资源被占用时，另一个申请临界资源的进程会被阻塞，直到其所申请的临界资源被释放。而进程内访问临界资源的代码被成为临界区。
对于临界区的访问过程分为四个部分：
1.进入区：查看临界区是否可访问，如果可以访问，则转到步骤二，否则进程会被阻塞
2.临界区：在临界区做操作
3.退出区：清除临界区被占用的标志
4.剩余区：进程与临界区不相关部分的代码
互斥的要求：
必须强制实施互斥，即一次只允许一个进程进入临界区。一个在非临界区停止的程序不能干涉其他程序。有限等待，即决不允许需要访问临界区的进程被无限延迟的情况，即死锁或饿死，有空让进，临界区空闲时，请求程序可进，对相关进程的执行速度和处理器的速度没有任何要求和限制。一个进程驻留在临界区的时间必须是有限的。
互斥的实现：
软件的方法：由并发执行进程担任这个责任
机器指令：减少开销，但不能通用
2.补充资料：操作系统实现临界区互斥的基本方法
硬件实现方法
中断禁用
单处理器中并发进程不能重叠只能交替，一个进程一直运行到调用系统服务或被中断。保证互斥只需保证一个进程不被中断
缺点：一长时间中断禁止，中断效率会降低。二不能用于多处理结构中
专用机器指令
用于保证访问的原子性。1、比较和交换指令(compare and swap)、2、Exchange指令
机器指令方法的特点：
1、适合在单处理器或共享内存的多处理器上的任何数目的进程
2、非常简单且易于证明
3、可用于支持多个临界区，可用自己的变量定义
缺点
1、忙等待，进程等待进入临界区，仍然会继续消耗CPU的时间
2、可能饥饿，当需要等待程序进入时，某些可能被无限拒绝
3、可能死锁，低优先级的进程占用高优先级的进程所需的资源
信号量实现方法
解决并发问题基本原理
两个或多个进程可以通过简单的信号进行合作，一个进程可以被迫在某一个位置停止，直到它接到某一个特定的信号。复杂的合作需求都可以通过适当的信号结构完成。只需要一个特殊的变量(整数型)：称为信号量
信号量的三个操作
1、信号量s可以初始化成非负数
用于互斥：s=1
用于同步：s>=0
2、semWait(s)进程请求分配一个资源，操作使信号量减1，若为负。进程阻塞。否则继续执行
3、semSignal(s)进程释放一个资源，操作使信号量加1，若小于或等于0.则阻塞的进程被解除阻塞
信号量的使用规则
1、semWait和seSignal必须成对出现
互斥时，位于同一进程，临界区的前后
同步时，交错出现在两个合作进程内
2、多个seWait次序不能颠倒，否则可能导致死锁
3、用于同步的semWait应出现在用于互斥的semSignal之前
4、多个semSigal次序可以任意
5、在进程对信号量减1之前无法提前知道该信号量是否会被阻塞
6、当进程对一个信号量加1后。另一个进程会被唤醒，两个进程继续并发运行
7、在向信号量发出信号后，不需要知道是否有另一个进程在正在等待，被解除阻塞的进程数量或者没有或者是1
管程实现方法
信号量为实施互斥和进程间合作提供了强大灵活的工具，但存在难点。即semWait和semSignal操作可能分布在整个程序中，很难看出整体效果，因此提出管程(Monitor)，一个程序设计语言结构，可以锁定任何对象，提供与信号量相同的功能，更易于控制
使用信号的管程
定义：管程由一个或多个进程、一个初始化序列和局部数据组成的软件模块
特点：
1、局部数据变量只能被管程的过程访问，任何外部过程都不能访问
2、一个进程通过调用管程的一个过程进入管程
3、在任何时候、只能有一个进程在管程中执行，调用管程的其他任何程序都被阻塞
管程的几个要素
1、管程中的共享变量在外部不可见，只能通过管程内所说明的过程间接访问
2管程必须互斥进入：管程中的数据变量每次只能被一个进程访问，保证数据完整性
3、管程通常用来管理资源，应当没有进程等待队伍、相应的等待及唤醒
4、Q进去管程等待时，释放管程互斥权，P进入管程，唤醒Q
P等待Q继续，直到Q退出或等待
P等待Q继续，直到P退出或等待
规定唤醒为进程中最后一个操作
利
