0
00:00:00,000 --> 00:00:07,880


1
00:00:07,920 --> 00:00:09,720
刚才我们通过一个

2
00:00:09,760 --> 00:00:11,920
生活当中的同步例子

3
00:00:11,960 --> 00:00:15,160
说明了同步所会遇到的问题

4
00:00:15,200 --> 00:00:17,320
和可能的解决方案

5
00:00:17,360 --> 00:00:20,680
那么下面呢我们就把在计算机当中

6
00:00:20,720 --> 00:00:22,160
同步问题的解决方案呢

7
00:00:22,200 --> 00:00:23,840
给一个规范的描述

8
00:00:23,880 --> 00:00:26,080
这就是我们这里说到的临界区

9
00:00:26,120 --> 00:00:29,080


10
00:00:29,120 --> 00:00:31,400
临界区是指进程访问

11
00:00:31,440 --> 00:00:33,560
临界资源的一段

12
00:00:33,600 --> 00:00:35,480
需要互斥执行的代码

13
00:00:35,520 --> 00:00:36,640
在我们这里头呢

14
00:00:36,680 --> 00:00:38,720
这是我们要保护的代码

15
00:00:38,760 --> 00:00:39,920
在这段代码里头呢

16
00:00:39,960 --> 00:00:42,320
任何时刻只允许一个进程

17
00:00:42,360 --> 00:00:44,160
在这段区域里头执行

18
00:00:44,200 --> 00:00:45,640
为了做到这一点

19
00:00:45,680 --> 00:00:47,720
我们在临界区之前呢

20
00:00:47,760 --> 00:00:49,120
有一个进入区

21
00:00:49,160 --> 00:00:50,600
那在这里头呢

22
00:00:50,640 --> 00:00:53,040
需要去检查进程

23
00:00:53,080 --> 00:00:56,000
进入临界区的条件是否成立

24
00:00:56,040 --> 00:00:58,480
如果成立 那就进入

25
00:00:58,520 --> 00:01:00,800
那进入之前呢需要设置一个标志

26
00:01:00,840 --> 00:01:02,680
这个标志说当前进程

27
00:01:02,720 --> 00:01:04,520
正在访问临界区

28
00:01:04,560 --> 00:01:06,520
好 那有了这个进入区

29
00:01:06,560 --> 00:01:07,920
条件检查成立之后

30
00:01:07,960 --> 00:01:08,920
那我就会使用

31
00:01:08,960 --> 00:01:10,880
使用结束之后呢有一个退出区

32
00:01:10,920 --> 00:01:12,400
退出区的主要功能呢

33
00:01:12,440 --> 00:01:15,920
就是清除你所设的

34
00:01:15,960 --> 00:01:18,560
进程正在访问临界区的标志

35
00:01:18,600 --> 00:01:20,920
还有一个部分呢叫剩余区

36
00:01:20,960 --> 00:01:21,600
这一部分呢

37
00:01:21,640 --> 00:01:25,240
就跟我们同步互斥没关系的代码

38
00:01:25,280 --> 00:01:26,880
那这是我们在这里对

39
00:01:26,920 --> 00:01:28,480
临界区的标准的

40
00:01:28,520 --> 00:01:31,160
访问模式一个约定

41
00:01:31,200 --> 00:01:32,520
有了这个约定之后

42
00:01:32,560 --> 00:01:35,920
我们来描述一下临界区的访问规则

43
00:01:35,960 --> 00:01:37,920
在刚才前面例子当中我们说

44
00:01:37,960 --> 00:01:42,520
我们任何时候临界区的资源

45
00:01:42,560 --> 00:01:45,160
我需要是互斥的访问

46
00:01:45,200 --> 00:01:46,640
那也就说如果有一个在访问

47
00:01:46,680 --> 00:01:48,760
另外一个进程不能再访问

48
00:01:48,800 --> 00:01:50,880
如果说没有进程访问

49
00:01:50,920 --> 00:01:53,280
那这时候呢 你就可以进去

50
00:01:53,320 --> 00:01:54,960
好 在这里头我们把这些呢

51
00:01:55,000 --> 00:01:56,440
描述这样几条规则

52
00:01:56,480 --> 00:02:00,120
一条呢叫空闲则入

53
00:02:00,160 --> 00:02:02,720
也就说没有进程在临界区时

54
00:02:02,760 --> 00:02:04,520
任何进程可以进入

55
00:02:04,560 --> 00:02:06,360
你不能像我们前面举的

56
00:02:06,400 --> 00:02:07,840
生活当中例子

57
00:02:07,880 --> 00:02:10,160
谁都进不去这是不对的

58
00:02:10,200 --> 00:02:13,440
第二个叫忙则等待

59
00:02:13,480 --> 00:02:16,200
如果已经有进程在临界区了

60
00:02:16,240 --> 00:02:19,000
其它进程均不能进入临界区

61
00:02:19,040 --> 00:02:20,480
那如果说这一条不满足的话

62
00:02:20,520 --> 00:02:21,400
就会有两个进程

63
00:02:21,440 --> 00:02:22,960
同时进到临界区里头

64
00:02:23,000 --> 00:02:25,880
比如说我们面包买重的情况

65
00:02:25,920 --> 00:02:30,280
还有一个规则是有限等待

66
00:02:30,320 --> 00:02:32,760
也就是说在等待区里的进程

67
00:02:32,800 --> 00:02:35,200
不能无限制的等待下去

68
00:02:35,240 --> 00:02:36,440
好 那这时候呢

69
00:02:36,480 --> 00:02:41,520
我需要对等待的时间有一个约定

70
00:02:41,560 --> 00:02:43,880
最后一条叫让权等待

71
00:02:43,920 --> 00:02:46,360
也就说不能进入临界区的进程

72
00:02:46,400 --> 00:02:50,200
需要释放CPU进入等待状态

73
00:02:50,240 --> 00:02:52,400
而不是说像我们在前面例子当中

74
00:02:52,440 --> 00:02:55,320
我需要频繁去查

75
00:02:55,360 --> 00:02:56,520
当然这一条呢

76
00:02:56,560 --> 00:02:59,000
它是需要有相应的一些支持

77
00:02:59,040 --> 00:03:02,000
所以在这里呢它是可选的

78
00:03:02,040 --> 00:03:05,640
有了这几条临界区的访问规则

79
00:03:05,680 --> 00:03:07,560
那么下面呢我们就来看

80
00:03:07,600 --> 00:03:10,760
临界区的访问的实现方法

81
00:03:10,800 --> 00:03:13,080
那在这里呢我们介绍三类

82
00:03:13,120 --> 00:03:15,480
一类呢是禁用中断

83
00:03:15,520 --> 00:03:16,800
那禁止中断之后

84
00:03:16,840 --> 00:03:18,640
那其他的进程就没有办法

85
00:03:18,680 --> 00:03:20,200
对当前进程的执行呢

86
00:03:20,240 --> 00:03:22,240
进行任何的打扰了

87
00:03:22,280 --> 00:03:23,200
那这时候呢

88
00:03:23,240 --> 00:03:26,360
我当前进程对临界区资源的访问

89
00:03:26,400 --> 00:03:28,840
也就不会有任何问题

90
00:03:28,880 --> 00:03:29,720
但这时候他对

91
00:03:29,760 --> 00:03:32,760
系统的中断的响应会有影响

92
00:03:32,800 --> 00:03:34,080
因为你禁止之后

93
00:03:34,120 --> 00:03:35,920
中断就没办法响应

94
00:03:35,960 --> 00:03:38,760
然后是第二类办法呢

95
00:03:38,800 --> 00:03:40,720
是用软件的办法

96
00:03:40,760 --> 00:03:43,440
也就说在硬件还没有支持的时候

97
00:03:43,480 --> 00:03:45,520
那这时候呢我们先尝试用

98
00:03:45,560 --> 00:03:48,440
共享变量协调的方式来做这件事情

99
00:03:48,480 --> 00:03:51,480
那这时候呢它是比较复杂的

100
00:03:51,520 --> 00:03:52,680
第三类办法呢

101
00:03:52,720 --> 00:03:55,320
我们是借用操作系统的支持

102
00:03:55,360 --> 00:03:58,640
来对应用提供同步的服务

103
00:03:58,680 --> 00:04:01,480
那在这里头呢由于引入管理者

104
00:04:01,520 --> 00:04:03,560
那么我们在这里就不像软件的办法

105
00:04:03,600 --> 00:04:04,440
完全是大家

106
00:04:04,480 --> 00:04:07,240
对等协调的方式来完成的

107
00:04:07,280 --> 00:04:08,080
那这几种办法

108
00:04:08,120 --> 00:04:09,720
它的衡量标准是什么呢

109
00:04:09,760 --> 00:04:11,240
那我们在做比较的时候

110
00:04:11,280 --> 00:04:13,240
是比较它的性能

111
00:04:13,280 --> 00:04:16,400
和它的并发的级别

112
00:04:16,440 --> 00:04:17,360
也就说到底我是

113
00:04:17,400 --> 00:04:19,240
允许什么样的并发执行

114
00:04:19,280 --> 00:04:22,640


115
00:04:22,680 --> 00:04:25,880
接下来我们说禁用中断

116
00:04:25,920 --> 00:04:27,040
禁用中断呢

117
00:04:27,080 --> 00:04:28,080
顾名思义它就是

118
00:04:28,120 --> 00:04:32,040
禁止硬件中断的响应

119
00:04:32,080 --> 00:04:32,840
那也就相当于

120
00:04:32,880 --> 00:04:35,360
我把中断使能给关掉了

121
00:04:35,400 --> 00:04:36,480
那这时候就没有中断

122
00:04:36,520 --> 00:04:38,120
那也就没有了时钟中断

123
00:04:38,160 --> 00:04:40,040
也就没有了上下文切换

124
00:04:40,080 --> 00:04:42,840
好 这时候呢也就没有了并发执行

125
00:04:42,880 --> 00:04:44,480
所以在这种情况下

126
00:04:44,520 --> 00:04:47,920
整个系统呢是由当前进程独占

127
00:04:47,960 --> 00:04:51,160
硬件的响应处理 被延迟到

128
00:04:51,200 --> 00:04:52,960
你中断启用之后

129
00:04:53,000 --> 00:04:54,440
那这时候对于紧急的事情呢

130
00:04:54,480 --> 00:04:56,120
它没有办法做响应

131
00:04:56,160 --> 00:04:57,360
好 那在这种做法里头呢

132
00:04:57,400 --> 00:04:59,080
我们现在的计算机系统呢

133
00:04:59,120 --> 00:05:00,440
都有相应的一些指令

134
00:05:00,480 --> 00:05:03,760
来实现禁用中断

135
00:05:03,800 --> 00:05:07,880
下面呢是我们基于中断禁用

136
00:05:07,920 --> 00:05:10,960
所给出的临界区域访问代码

137
00:05:11,000 --> 00:05:11,920
在这段代码里头呢

138
00:05:11,960 --> 00:05:13,400
通常情况下我们用一个宏

139
00:05:13,440 --> 00:05:18,200
来实现把当前的CPU的状态

140
00:05:18,240 --> 00:05:21,400
保存到存储单元当中

141
00:05:21,440 --> 00:05:24,320
同时把中断禁止掉

142
00:05:24,360 --> 00:05:26,320
因为如果说你不保存的话

143
00:05:26,360 --> 00:05:28,680
等你中断恢复之后

144
00:05:28,720 --> 00:05:31,800
那么整个系统状态呢会发生变化

145
00:05:31,840 --> 00:05:34,040
然后是临界区的访问

146
00:05:34,080 --> 00:05:37,280
访问结束之后我是恢复系统的状态

147
00:05:37,320 --> 00:05:39,440
并且使能中断

148
00:05:39,480 --> 00:05:40,840
那这时候对应过来呢

149
00:05:40,880 --> 00:05:44,600
进入区就是我们这里的关中断

150
00:05:44,640 --> 00:05:46,280
而退出区呢

151
00:05:46,320 --> 00:05:50,200
就是我们这里的使能中断

152
00:05:50,240 --> 00:05:53,480
好 这种办法呢它有很大的局限性

153
00:05:53,520 --> 00:05:54,920
也就说关中断之后

154
00:05:54,960 --> 00:05:56,560
进程就没有办法停止了

155
00:05:56,600 --> 00:05:59,280
如果这时候你的进程执行出了问题

156
00:05:59,320 --> 00:06:02,280
那整个系统就没有办法回来了

157
00:06:02,320 --> 00:06:03,760
还有一个问题是

158
00:06:03,800 --> 00:06:06,560
它可能导致其它进程处于饥饿状态

159
00:06:06,600 --> 00:06:10,800
也就说它们没有得到执行的机会

160
00:06:10,840 --> 00:06:12,840
再有一个呢是 我们在这里头

161
00:06:12,880 --> 00:06:15,520
它的执行时间可能会很长

162
00:06:15,560 --> 00:06:16,560
从而呢使得

163
00:06:16,600 --> 00:06:18,800
我中断要求及时响应这一条

164
00:06:18,840 --> 00:06:21,440
没有得到支持

165
00:06:21,480 --> 00:06:24,200
  

166
00:06:24,240 --> 00:06:25,560
所以在这里头呢

167
00:06:25,600 --> 00:06:28,360
匝的使用必须很小心谨慎的来用

168
00:06:28,400 --> 00:06:29,720
那在我们的计算机系统里呢

169
00:06:29,760 --> 00:06:31,160
通常情况下只是在

170
00:06:31,200 --> 00:06:33,400
不能不用它的时候我才会去用它

171
00:06:33,440 --> 00:06:33,480