程序的顺序执行和并发执行
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顺序执行
- 概念：把一个具有独立功能的程序独占处理机直至最终结束的过程。
- 特点
- 顺序性：程序顺序执行时，其执行过程可看作一系列严格按程序规定的状态转移过程，也即是每执行一条指令，系统将从上一个执行状态转移到下一个执行状态，且上一条指令的执行结束是下一条指令执行开始的充分必要条件（严格的先后顺序）。
- 封闭性：程序执行得到的最终结果由给定的初始条件决定，不受外界因素的影响（程序运行时独占全机资源 ）。
- 再现性：顺序执行的最终结果可再现是说他与执行速度无关。只要输入的初始条件相同，则无论何时重复执行该程序都会得到相同的结果。
- 示意图
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并发执行
- 概念：一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，即一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始的这种执行方式。
- 特点
- 间断性：交叉执行。
- 失去封闭性：多个程序共享系统中的各种资源 。
- 不可再现性：当程序重复执行时，结果可能不同。
- 示意图
前驱图
概念：前趋图是一个有向无循环图。图中每个结点表示一个语句,一段程序或一个进程,从结点到结点的有向边表示它们的前趋关系,记为→,即和应顺序执行,仅在执行完成后才能开始执行。
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用前驱图表示进程（程序）顺序执行->并发执行的示例
- 分析：对于将绞肉、切葱末、切姜蒜看成三道程序，可在同一时间并行完成。
- 分析：对于将绞肉、切葱末、切姜蒜看成三道程序，可在同一时间并行完成。
进程的同步与互斥
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进程的同步
- 概念：相互合作的两个进程之间需要在某个（些）确定点协调它们的工作，一个进程到达了该点后，除非另一进程已经完成了某些操作，否则就不得不停下来，等待这些操作的完成。
- 进程同步是指多个进程之间的制约关系。
- 主要特征：一个进程在某一点上等待另一进程提供信息，两进程之间存在直接制约关系，其表现形式为进程—进程。
- 例：张三和李四（相当于两个进程）约定逛街，张三步行前去，李四骑自行车。当李四提前到达后，需在约定地点等待张三的到来，随后两人手拉手愉快地逛街买东西。
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进程的互斥
- 概念：两个进程由于不能同时使用同一临界资源，只能在一个进程使用完了，另一进程才能使用。
- 进程互斥是指多个进程与临界资源之间的制约关系。
- 争用资源，两进程间存在间接制约关系，其表现形式是进程—资源—进程 。
- 例：50个人过独木桥，独木桥（相当于临界资源）一次只允许一人（一个进程）通过。
PV操作
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PV操作由P操作和V操作组成。用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。
临界资源：进程间需要互斥方式对其进行共享的资源，如打印机、磁带机等。
临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。
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临界区管理原则
- 有空即进。当无进程进入临界区时，允许进程进入临界区，并且在临界区运行有限的时间。
- 无空则等。当有一个进程在临界区时，其他欲进入临界区的进程必须等待，以保证进程互斥地访问临街资源。
- 有限等待。对于要求访问临街资源的进程，应保证进程能在有限的时间进入临界区，以免陷入“饥饿“状态。”
- 让权等待。当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免陷入忙等状态。
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信号量：一种特殊的变量。
- 数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
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生产者和消费者问题（单缓冲区）
- 问题描述：生产者生产一个产品放入缓冲区，消费者从缓冲区取走产品并消费。
- 分析：生产者生产第一个产品时，缓冲区为空，可放入产品；当生产者生产第二个产品时，若消费者未从缓冲区取走产品，第二个产品是不能成功放入缓冲区的，直至消费者取走产品。
- 分析：当消费者需要消费产品时，需查看缓冲区是否有产品，若无产品，需等待生产者生产产品并放入缓冲区为止。
- 分析：因此，生产者和消费者存在制约关系。
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PV操作实例
- 分析：答案为A，C。
- 分析：答案为A，C。
PV操作和前驱图
实例1
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实例2
- 分析：答案为C,A,A。和执行完应将信号量加1，因此a为和b为。要执行，应满足和，因此c为、。、要执行，需对信号量减一，则先前有加1操作，因此d为、。故而e为和f为。
- 分析：答案为C,A,A。和执行完应将信号量加1，因此a为和b为。要执行，应满足和，因此c为、。、要执行，需对信号量减一，则先前有加1操作，因此d为、。故而e为和f为。