操作系統臨界資源
操作系統臨界資源是指一次只能被一個進程所占用的資源，下面由學習啦小編為大家整理了操作系統臨界資源的相關知識，希望對大家有幫助。
1.操作系統臨界資源
簡介
在操作系統中，進程是占有資源的最小單位(線程可以訪問其所在進程內的所有資源，但線程本身并不占有資源或僅僅占有一點必須資源)。但對于某些資源來說，其在同一時間只能被一個進程所占用。這些一次只能被一個進程所占用的資源就是所謂的臨界資源。典型的臨界資源比如物理上的打印機，或是存在硬盤或內存中被多個進程所共享的一些變量和數據等(如果這類資源不被看成臨界資源加以保護，那么很有可能造成丟數據的問題)。
對于臨界資源的訪問，必須是互訴進行。也就是當臨界資源被占用時，另一個申請臨界資源的進程會被阻塞，直到其所申請的臨界資源被釋放。而進程內訪問臨界資源的代碼被成為臨界區。
對于臨界區的訪問過程分為四個部分：
1.進入區：查看臨界區是否可訪問，如果可以訪問，則轉到步驟二，否則進程會被阻塞
2.臨界區：在臨界區做操作
3.退出區：清除臨界區被占用的標志
4.剩余區：進程與臨界區不相關部分的代碼
互斥的要求：
必須強制實施互斥，即一次只允許一個進程進入臨界區。一個在非臨界區停止的程序不能干涉其他程序。有限等待，即決不允許需要訪問臨界區的進程被無限延遲的情況，即死鎖或餓死，有空讓進，臨界區空閑時，請求程序可進，對相關進程的執行速度和處理器的速度沒有任何要求和限制。一個進程駐留在臨界區的時間必須是有限的。
互斥的實現：
軟件的方法：由并發執行進程擔任這個責任
機器指令：減少開銷，但不能通用
2.補充資料：操作系統實現臨界區互斥的基本方法
硬件實現方法
中斷禁用
單處理器中并發進程不能重疊只能交替，一個進程一直運行到調用系統服務或被中斷。保證互斥只需保證一個進程不被中斷
缺點：一長時間中斷禁止，中斷效率會降低。二不能用于多處理結構中
專用機器指令
用于保證訪問的原子性。1、比較和交換指令(compare and swap)、2、Exchange指令
機器指令方法的特點：
1、適合在單處理器或共享內存的多處理器上的任何數目的進程
2、非常簡單且易于證明
3、可用于支持多個臨界區，可用自己的變量定義
缺點
1、忙等待，進程等待進入臨界區，仍然會繼續消耗CPU的時間
2、可能饑餓，當需要等待程序進入時，某些可能被無限拒絕
3、可能死鎖，低優先級的進程占用高優先級的進程所需的資源
信號量實現方法
解決并發問題基本原理
兩個或多個進程可以通過簡單的信號進行合作，一個進程可以被迫在某一個位置停止，直到它接到某一個特定的信號。復雜的合作需求都可以通過適當的信號結構完成。只需要一個特殊的變量(整數型)：稱為信號量
信號量的三個操作
1、信號量s可以初始化成非負數
用于互斥：s=1
用于同步：s>=0
2、semWait(s)進程請求分配一個資源，操作使信號量減1，若為負。進程阻塞。否則繼續執行
3、semSignal(s)進程釋放一個資源，操作使信號量加1，若小于或等于0.則阻塞的進程被解除阻塞
信號量的使用規則
1、semWait和seSignal必須成對出現
互斥時，位于同一進程，臨界區的前后
同步時，交錯出現在兩個合作進程內
2、多個seWait次序不能顛倒，否則可能導致死鎖
3、用于同步的semWait應出現在用于互斥的semSignal之前
4、多個semSigal次序可以任意
5、在進程對信號量減1之前無法提前知道該信號量是否會被阻塞
6、當進程對一個信號量加1后。另一個進程會被喚醒，兩個進程繼續并發運行
7、在向信號量發出信號后，不需要知道是否有另一個進程在正在等待，被解除阻塞的進程數量或者沒有或者是1
管程實現方法
信號量為實施互斥和進程間合作提供了強大靈活的工具，但存在難點。即semWait和semSignal操作可能分布在整個程序中，很難看出整體效果，因此提出管程(Monitor)，一個程序設計語言結構，可以鎖定任何對象，提供與信號量相同的功能，更易于控制
使用信號的管程
定義：管程由一個或多個進程、一個初始化序列和局部數據組成的軟件模塊
特點：
1、局部數據變量只能被管程的過程訪問，任何外部過程都不能訪問
2、一個進程通過調用管程的一個過程進入管程
3、在任何時候、只能有一個進程在管程中執行，調用管程的其他任何程序都被阻塞
管程的幾個要素
1、管程中的共享變量在外部不可見，只能通過管程內所說明的過程間接訪問
2管程必須互斥進入：管程中的數據變量每次只能被一個進程訪問，保證數據完整性
3、管程通常用來管理資源，應當沒有進程等待隊伍、相應的等待及喚醒
4、Q進去管程等待時，釋放管程互斥權，P進入管程，喚醒Q
P等待Q繼續，直到Q退出或等待
P等待Q繼續，直到P退出或等待
規定喚醒為進程中最后一個操作
利