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文檔簡介
1、“await(active writers = 0 & active6.16管程的 signal 操作和信號量的signal 操作有什么不同?管程的 signal 操作在以下情況下是不能繼續(xù)進(jìn)行的:當(dāng)執(zhí)行 signal 操作并且無等待線程時(shí),那么系統(tǒng)會忽略 signal 操作,認(rèn)為 signal 操作沒有發(fā)生過。如果隨后執(zhí)行 wait 操作,那么相關(guān)的線程就會被阻塞。然后在信號量中,即使沒有等待線程,每個(gè) signal 操作都會是相應(yīng)的信號量值增加。接下來的等待操作因?yàn)橹暗男盘柫恐档脑黾佣R上成功進(jìn)行。6.17假設(shè) signal 語句只能作為一個(gè)管程中的最后一條語句出現(xiàn),可以怎樣簡化 6.7
2、 節(jié)所描述的實(shí)現(xiàn)?如果 signal 語句作為最后一條語句出現(xiàn),那么鎖會使發(fā)出信號的進(jìn)程轉(zhuǎn)化成接受信號的進(jìn)程。否則,發(fā)出信號的進(jìn)程將解鎖,并且接受信號的進(jìn)程則需要和其他進(jìn)程共同操作獲得鎖從而使操作繼續(xù)下去。6.21假設(shè)將管程中的 wait 和 signal 操作替換成一個(gè)單一的構(gòu)件 await(B),這里 B 是一個(gè)普通的布爾表達(dá)式,進(jìn)程執(zhí)行直到 B 變成真用這種方法寫一個(gè)管程實(shí)現(xiàn)讀者作者問題。解釋為什么一般來說這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的效率不高。要使這種實(shí)現(xiàn)達(dá)到高效率需要對 await 語句加上哪些限制?(提示,限制 B 的一般性,參見 Kessels1977).讀者 作者問題可以進(jìn)行以下修改,修改中產(chǎn)
3、生了 await 聲明:讀者可以執(zhí)行“await(active writers = 0 & waiting writers = 0)來確保在進(jìn)入”臨界區(qū)域時(shí)沒有就緒的作者和等待的作者。作者可以執(zhí)行readers = 0) 來確”保互斥。1 / 7在 signal 操作后,系統(tǒng)檢查滿足等待條件滿足的等待線程,檢查其中被喚醒的等待線程。這個(gè)要求相當(dāng)復(fù)雜,并且可能需要用到交互的編譯器來評估在不同時(shí)間點(diǎn)下的條件。可以通過限制布爾條件,使布爾變量和其他部分分開作為獨(dú)立的程序變量(僅僅用來檢查是否相等的一個(gè)靜態(tài)值)。在這種情況下,布爾條件可以傳達(dá)給運(yùn)行時(shí)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以執(zhí)行檢查每一個(gè)它所需要的時(shí)間,以確定
4、哪些線程被喚醒。6.23為什么 Solaris、Linux 和 Windows2000 都使用自旋鎖作為多處理器系統(tǒng)的同步機(jī)制而不作為單處理器系統(tǒng)的同步機(jī)制?Solaris,Linux 和 Windows 2000 中只有在多處理器系統(tǒng)才能使用自旋鎖作為一個(gè)同步機(jī)制。 自旋鎖不適合單處理器的系統(tǒng),因?yàn)榇蚱屏诉@一進(jìn)程的自旋鎖只有通過執(zhí)行不同的進(jìn)程才可以得到。如果這一進(jìn)程不會放棄此處理器,其他進(jìn)程就無法設(shè)置第一個(gè)進(jìn)程所要求的程序條件,從而不能繼續(xù)操作。在一個(gè)多處理器系統(tǒng),其他進(jìn)程執(zhí)行其他處理器,從而修改程序狀態(tài)從自旋鎖中釋放第一個(gè)進(jìn)程。6.24在基于日志的系統(tǒng)中可以給事務(wù)提供支持,在相應(yīng)日志記錄寫
5、到穩(wěn)定存儲之前不能允許真正地更新數(shù)據(jù)項(xiàng)。為什么這個(gè)限制是必需的?如果事務(wù)需要放棄,那么更新的數(shù)據(jù)項(xiàng)的值應(yīng)該要恢復(fù)到原來的值。這就需要原來值的數(shù)據(jù)在進(jìn)行操作之前完成更新。6.25證明兩段鎖協(xié)議能確保沖突的串行執(zhí)行。調(diào)度是指一個(gè)或多個(gè)事務(wù)的執(zhí)行順序。一個(gè)串行調(diào)度是指每個(gè)事務(wù)執(zhí)行的原子調(diào)度。如果一個(gè)調(diào)度由兩個(gè)不同的事務(wù)組成,通過連續(xù)的操作從這兩個(gè)事務(wù)中獲得相同的數(shù)據(jù),并至少有一個(gè) write 操作,然后有所謂的沖突。如果一個(gè)調(diào)度可以通過一系列非沖突操作的交換而轉(zhuǎn)化成串行調(diào)度,那么這個(gè)調(diào)度為是沖突可串行化。2 / 7這兩階段加鎖協(xié)議確保沖突串行化,因?yàn)楠?dú)占鎖(這是用于寫操作)必須連續(xù)收購,不釋放任何鎖
6、在獲取(增長)的階段。其他事務(wù)希望獲得同樣的鎖必須等待第一個(gè)事務(wù)開始釋放鎖。通過要求任何鎖必須首先釋放所有鎖,從來避免潛在的沖突。6.26分配一個(gè)新時(shí)間戳給已經(jīng)恢復(fù)到原值的事務(wù)有什么影響?對于新進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)程的事務(wù),其所賦予的時(shí)間戳是如何大于原先事務(wù)的時(shí)間戳的?在原先事務(wù)的訪問變量改變后執(zhí)行事務(wù),那么相應(yīng)的事務(wù)也恢復(fù)到原先的值。如果他們沒有執(zhí)行此項(xiàng)操作(也就是說沒有重復(fù)的原先事務(wù)的訪問變量值),那么這些操作在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候就不會受到約束。6.27假設(shè)數(shù)目有限的資源中的一個(gè)單一的資源型必須加以管理。進(jìn)程需要一定數(shù)量的這種資源,一旦用完將釋放它們。例如,許多商業(yè)軟件包提供了一定數(shù)量的許可證,這表明一些應(yīng)
7、用程序可以同時(shí)運(yùn)行.當(dāng)應(yīng)用程序啟動時(shí),許可證的計(jì)數(shù)遞減。當(dāng)申請終止,許可證計(jì)數(shù)遞增。如果所有的許可證都在使用,那么要求啟動該應(yīng)用程序的申請被剝奪了。只有當(dāng)現(xiàn)有的許可證持有人終止申請并切許可證已經(jīng)返還,那么這種申請將被授予.下列程序段是用來管理一個(gè)數(shù)目有限的情況下的可用資源。最多的資源數(shù)量和一些可用的資源數(shù)量如下所示:#define MAX RESOURCES 5int available resources = MAX RESOURCES;When a process wishes to obtain a number of resources, it invokes the decrease
8、 count()function:/* decrease available resources by count resources */* return 0 if sufficient resources available, */ /* otherwise return -1 */3 / 7int decrease count(int count) if (available resources count)return -1;else available resources -= count;return 0;When a process wants to return a numbe
9、r of resources, it calls the de-crease count()function:/* increase available resources by count */int increase count(int count) available resources += count;return 0;前面的程序段將會產(chǎn)生一個(gè)競爭的條件。如下:確定數(shù)據(jù)參與競爭當(dāng)競爭的條件發(fā)生時(shí),確定代碼段的位置(或是區(qū)域)利用 Java同步,確定競爭的條件,同時(shí)修改 decrease Count( )以使一個(gè)線程在沒有足夠的現(xiàn)有的資源下阻塞。確定數(shù)據(jù)參與競爭:可以利用的變量資源4
10、/ 7當(dāng)競爭的條件發(fā)生時(shí),確定代碼段的位置(或是區(qū)域):代碼使現(xiàn)有的資源遞減和代碼現(xiàn)有資源遞增的聲明可以放在競爭的條件。使用信號量,確定競爭條件 :使用信號量表示當(dāng)前可用資源變量,并且用信號量遞增和信號量遞減的操作代替遞增和遞減的操作。7.1假設(shè)有如圖 7.1 所示的交通死鎖。證明這個(gè)例子中實(shí)際上包括了死鎖的四個(gè)必要條件。給出一個(gè)簡單的規(guī)則用來在這個(gè)系統(tǒng)中避免死鎖。死鎖的四個(gè)必要條件 : (1)互斥;( 2)占有并等待;( 3)非搶占;( 4)循環(huán)等待。互斥的條件是只有一輛車占據(jù)道路上的一個(gè)空間位置。占有并等待表示一輛車占據(jù)道路上的位置并且等待前進(jìn)。一輛車不能從道路上當(dāng)前的位置移動開(就是非搶
11、占) 。最后就是循環(huán)等待,因?yàn)槊總€(gè)車正等待著隨后的汽車向前發(fā)展。循環(huán)等待的條件也很容易從圖形中觀察到。一個(gè)簡單的避免這種的交通死鎖的規(guī)則是,汽車不得進(jìn)入一個(gè)十字路口如果明確地規(guī)定,這樣就不會產(chǎn)生相交。7.2考慮如下的死鎖可能發(fā)生在哲學(xué)家進(jìn)餐中,哲學(xué)家在同個(gè)時(shí)間獲得筷子。討論此種情況下死鎖的四個(gè)必要條件的設(shè)置。討論如何在消除其中任一條件來避免死鎖的發(fā)生。死鎖是可能的,因?yàn)檎軐W(xué)家進(jìn)餐問題是以以下的方式滿足四個(gè)必要條件:1)相斥所需的筷子,2 )哲學(xué)家守住的筷子在手,而他們等待其他筷子,3 )沒有非搶占的筷子,一個(gè)筷子分配給一個(gè)哲學(xué)家不能被強(qiáng)行拿走,4 )有可能循環(huán)等待。死鎖可避免克服的條件方式如下
12、:1 )允許同時(shí)分享筷子,2 )有哲學(xué)家放棄第一雙筷子如果他們無法獲得其他筷子,3 )允許筷子被強(qiáng)行拿走如果5 / 7筷子已經(jīng)被一位哲學(xué)家了占有了很長一段時(shí)間 4 )實(shí)施編號筷子,總是獲得較低編號的筷子,之后才能獲得較高的編號的筷子。7.3一種可能以防止死鎖的解決辦法是要有一個(gè)單一的,優(yōu)先于任何其他資源的資源。例如,如果多個(gè)線程試圖訪問同步對象 A? E,那么就可能發(fā)生死鎖。(這種同步對象可能包括互斥體,信號量,條件變量等) ,我們可以通過增加第六個(gè)對象來防止死鎖。每當(dāng)一個(gè)線程希望獲得同步鎖定給對象 A? ? ?E,它必須首先獲得對象 F 的鎖 .該解決方案被稱為遏制:對象 A? ? ?E的鎖
13、內(nèi)載對象 F 的鎖。對比此方案的循環(huán)等待和Section7.4.4的循環(huán)等待。這很可能不是一個(gè)好的解決辦法,因?yàn)樗a(chǎn)生過大的范圍。盡可能在狹隘的范圍內(nèi)定義死鎖政策會更好。7.4對下列問題對比循環(huán)等待方法和死鎖避免方法(例如銀行家算法 ):a.運(yùn)行費(fèi)用b.系統(tǒng)的吞吐量死鎖避免方法往往會因?yàn)樽粉櫘?dāng)前資源分配的成本從來增加了運(yùn)行費(fèi)用。然而死鎖避免方法比靜態(tài)地防止死鎖的形成方法允許更多地并發(fā)使用資源。從這個(gè)意義上說,死鎖避免方案可以增加系統(tǒng)的吞吐量。7.5在一個(gè)真實(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,可用的資源和進(jìn)程命令對資源的要求都不會持續(xù)很久是一致的長期(幾個(gè)月)。資源會損壞或被替換,新的進(jìn)程會進(jìn)入和離開系統(tǒng),新的資
14、源會被購買和添加到系統(tǒng)中。如果用銀行家算法控制死鎖,下面哪些變化是安全的(不會導(dǎo)致可能的死鎖),并且在什么情況下發(fā)生?增加可用資源(新的資源被添加到系統(tǒng))6 / 7減少可用資源(資源被從系統(tǒng)中永久性地移出)增加一個(gè)進(jìn)程的Max(進(jìn)程需要更多的資源,超過所允許給予的資源)減少一個(gè)進(jìn)程的Max(進(jìn)程不再需要那么多資源)增加進(jìn)程的數(shù)量減少進(jìn)程的數(shù)量增加可用資源(新的資源被添加到系統(tǒng)):這個(gè)可以在沒有任何問題的情況下安全地改變減少可用資源(資源被從系統(tǒng)中永久性地移出):這可能會影響到系統(tǒng),并導(dǎo)致可能性死鎖因?yàn)橄到y(tǒng)的安全性假定其擁有一定數(shù)量的可用資源增加一個(gè)進(jìn)程的 Max(進(jìn)程需要更多的資源,超過所允許給予的資源):這可能會影響到系統(tǒng),并可能導(dǎo)致死鎖減少一個(gè)進(jìn)程的 Max(進(jìn)程不再需要那么多資源):這個(gè)可以在沒有任何問題的
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