2. 自考
  3. 用纯用户软件实现进程的互斥。对共享资源的访问要互斥进行，进程级的互斥可以通过系统提供的锁和信号量等实现，也可通过纯软件实现。用纯软件实现进程互斥地进入临界段的方法既可用于单处理机环境，也可用于多处理机环境，只要这些处理机能共享同一个存储区，且诸进程对同一主

用纯用户软件实现进程的互斥。对共享资源的访问要互斥进行，进程级的互斥可以通过系统提供的锁和信号量等实现，也可通过纯软件实现。用纯软件实现进程互斥地进入临界段的方法既可用于单处理机环境，也可用于多处理机环境，只要这些处理机能共享同一个存储区，且诸进程对同一主

admin2016-05-14  55
问题 用纯用户软件实现进程的互斥。对共享资源的访问要互斥进行，进程级的互斥可以通过系统提供的锁和信号量等实现，也可通过纯软件实现。用纯软件实现进程互斥地进入临界段的方法既可用于单处理机环境，也可用于多处理机环境，只要这些处理机能共享同一个存储区，且诸进程对同一主存单元的访问是串行地进行的，除此以外不需要任何硬件、操作系统或程序设计语言的特殊支持。
通过纯软件来实现进程间的互斥所需共享存储区，就要通过共享内存的系统调用shmget、shmat获得。父进程的全局变量在创建子进程后，两者也是分开存放的，故即使父子进程之间也不能通过全局变量进行通信。
线程能有效地增强不同执行程序之间的通信效率。在大多数的操作系统中，独立进程之间的通信需要与核心交互，以提供进程通信所需的机制。可是，由于在同一进程中的线程共享内存，它们之间的通信就不需要调用核心。
由于同一个进程中的所有线程共享进程的资源，它们驻留在相同的地址空间和访问相同的数据。如一个线程修改了存储空间中的一项数据，其他线程访问该数据项时也会获得改变了的结果。故子线程之间就能通过进程的全局变量进行通信，也能用全局变量实现纯软件的安全锁。
试编一个多线程并发的程序，用纯软件来实现对共享资源的访问计数，最简单的互斥共享资源就是共享计数变量。
选项
答案实现该功能的C程序为程序清单15-3。 程序清单15-3的soft_section．C程序使用Peterson 1981年发表的算法解决两个进程互斥执行临界段的算法。程序用纯用户软件实现了进入临界段的互斥控制函数enter_section和退出临界段的控制函数leave_section。enter_section保证只能由一个进程或线程能通过本函数，另外的进程或线程就在函数内的while语句中循环等待。 程序创建了两个线程对共享变量global_count进行访问计数，在一次运行中，每一个线程访问0～9次(由随机数产生器产生)，并用enter_section控制线程互斥地存取global_count。为了强化互斥进入的效果，把对global_count访问计数操作拆成两句，并在两句之间插入睡眠0～2秒的sleep()函数(也由随机数产生器产生)。另外作为比较，每一个线程也计算各自访问次数，最后由主线程收集累加。从运行结果可以看出，两种独立的计数方法的结果是相同的。如果线程不调用进入临界段的互斥控制函数enter_section和退出临界段的控制函数leave_section，请读者再次编译和运行程序，并比较这两种独立的计数方法的结果。 程序清单15-3：soft_section．c #include＜pthread．h＞ #include＜stdio．h＞ #include＜stdlib．h＞ #define BALSE 0 #define ARUE 1 #define N 100／*竞争资源的进程数目*／ int observer；／*轮到哪个进程观察要进入临界段的情况*／ int wanted_in[N]；／*各进程希望进入临界段的标志*／ enter_section(process)／*进入临界段的互斥控制函数*／ int process；／*进程编号：0或1*／ { int other；／*对方进程号*／ other=1-process； wanted_in[process]=ARUE；／*本进程要进入临界段*／ observer=process；／*本进程要观察进入临界段的情况*／ while(observer==process＆＆wanted_in[other])；／*等待*／ } leave_section(process)／*退出临界段函数*／ int process； { wanted_in[process]=BALSE；／*表示离开了临界段*／ } 静define AIMES 5 int global count； ／*线程执行函数，传入参数为线程序号，传出参数为项：(序号+1)*2*／ void*dowork(void*params) { int i，j，tmp，times，thread count=0； extern int global_count； j=*(int*)params； times=random()％10； for(i=0，i＜times；i++){ enter_section(j)； tmp=global_count； sleep(random()％3)； global_count=tmp+1； leave_section(j)； thread_count++； } *(int*)params=thread count； printf("the thread[％d]count=％d＼n"，j，thread_count)； } int nthreads=2； ／*运行方法：．／a．out n其中n为要创建的线程数，默认为2*／ main(intargc，char**argv) { int i： pthread_t threads[100]； int thread_id[100]； int thread_count=0； extern int global_count； nthreads=1； if(argc==2) nthreads=atoi(argv[1])；／／将命令行字符串参数转换为整数 srand(0)； for(i=0；i＜nthreads；i++){ thread_id[i]=i； ／*创建线程，其中pthreaddata[i]为传给线程执行函数dowork的参数，并将结果带回*／ pthread_create(&threads[i]，NULL，dowork，&thread_id[i])； } for(i=0；i＜nthreads；i++){ pthread_join(threads[i]，NULL)；／／等待子线程结束，汇合结果 thread_count+=thread_id[i]； } printf("Ahe thread_count=％d＼n"，thread_count)； printf("Ahe global_count=％d＼n"，global_count)； } 编译： $gcc thread_mutex．c-lpthread 本程序的enter_section和leave_section函数只能支持两个线程间的互斥。但 Peterson算法也很容易扩展到任意的N个进程，只要将enter_section函数中的while语句改成如下的形式。 while(observer==process){ if(observer!=process) break； for(i=0；wanted_in[i]；i++) if(wanted_in[i]) continue； }。
解析
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