操作系统2.3.11 管程

冷不防 2023-02-20 08:13 21阅读 0赞

### 一、为什么要引入管程 ###

为了实现进程的同步，互斥操作，我们引入了信号量机制。

但信号量机制存在问题：我们编写程序困难，容易出错。

于是**为了方便实现进程的同步，互斥**操作提出了管程。

### 二、管程的组成和基本特性 ###

**1、管程的组成**

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**2、管程的基本特性**

1）局部于管程的数据只能被局部于管程内的过程所访问

2）一个进程只有通过调用管程内的过程才能进入管程访问共享数据

3）每次仅允许一个进程在管程内执行某个内部过程

### 三、用管程解决生产者消费者问题 ###

//管程
    monitor ProducerConsumer
    condition full,empty; //条件变量用来实现同步（排队）
    int count=0; //缓冲区中的产品数
    void insert(Item item) //把产品item放入缓冲区
    {
        if(count == N)
            wait(full); //缓冲区满了，自动堵塞
        count++;
        inset_item(item);
        if(count == 1) //如果这个产品放入缓冲区后，共有一个产品，则可能有消费者进程在等待
            signal(empty) //唤醒empty队列的队头消费者进程
    }
    
    Item remove()
    {
        if(count == 0) //说明缓冲区中无产品
            wait(empty); //消费者进程自动堵塞，进入empty队列等候
        count--;
        if(count == N-1) //缓冲区有空闲了
            signal(full); //唤醒full队列中的生产者进程
    }
    end monitor;

//生产者进程
    Producer()
    {
        while(1)
        {
            item = 生产的产品;
            ProducerConsumer.insert(item);
        }
    }

//消费者进程
    Producer()
    {
        while(1)
        {
            ProducerConsumer.remove();
            消费产品item;
        }
    }

由于每次只允许一个进程在管程内执行每个内部过程，所以由编译器负责实现各个进程互斥的进入管程的过程

总而言之，引入管程无非就是更方便地实现进程互斥和同步。

1）需要在管程中定义共享数据（如生产者消费者进程中的缓冲区）

2）需要在管程中定义用于访问这些数据的入口——其实就是一些函数（如生产者消费者进程中，可以定义一个函数将产品放入缓冲区，在定义一个函数将产品从缓冲区取出）

3）只有通过这些特定的入口才能访问数据

4）管程中有很多入口（函数），但是每次只能开放一个入口（函数），并且只让一个进程进入，这样就实现了进程的互斥。注：这种特性由编译器实现程序员不需要关心

5）可以在管程中设置条件变量及等待/唤醒操作来解决同步问题。可以让一个进程或者线程在条件变量上等待（此时，该进程应该释放管程的使用权，也就是让出函数入口）；可以通过唤醒操作将等待在变量上的进程或线程唤醒

### 四、Java中类似于管程的机制 ###

在Java中，如果使用关键字synchronize来描述一个函数，那么这个函数同一时间只能被一个进程调用。

如果多个线程同时调用函数，则后来者需要排队等待。

static class monitor{
        private Iteam buffer[] = new Item[N];
        private int count=0;
        
        public synchronize void insert(Item item){
            .......
        }
    }

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