作業系統臨界資源
是指一次只能被一個程序所佔用的資源，下面由小編為大家整理了的相關知識，希望對大家有幫助。
1.
簡介
在作業系統中，程序是佔有資源的最小單位***執行緒可以訪問其所在程序內的所有資源，但執行緒本身並不佔有資源或僅僅佔有一點必須資源***。但對於某些資源來說，其在同一時間只能被一個程序所佔用。這些一次只能被一個程序所佔用的資源就是所謂的臨界資源。典型的臨界資源比如物理上的印表機，或是存在硬碟或記憶體中被多個程序所共享的一些變數和資料等***如果這類資源不被看成臨界資源加以保護，那麼很有可能造成丟資料的問題***。
對於臨界資源的訪問，必須是互訴進行。也就是當臨界資源被佔用時，另一個申請臨界資源的程序會被阻塞，直到其所申請的臨界資源被釋放。而程序內訪問臨界資源的程式碼被成為臨界區。
對於臨界區的訪問過程分為四個部分：
1.進入區：檢視臨界區是否可訪問，如果可以訪問，則轉到步驟二，否則程序會被阻塞
2.臨界區：在臨界區做操作
3.退出區：清除臨界區被佔用的標誌
4.剩餘區：程序與臨界區不相關部分的程式碼
互斥的要求：
必須強制實施互斥，即一次只允許一個程序進入臨界區。一個在非臨界區停止的程式不能干涉其他程式。有限等待，即決不允許需要訪問臨界區的程序被無限延遲的情況，即死鎖或餓死，有空讓進，臨界區空閒時，請求程式可進，對相關程序的執行速度和處理器的速度沒有任何要求和限制。一個程序駐留在臨界區的時間必須是有限的。
互斥的實現：
軟體的方法：由併發執行程序擔任這個責任
機器指令：減少開銷，但不能通用
2.補充資料：作業系統實現臨界區互斥的基本方法
硬體實現方法
中斷禁用
單處理器中併發程序不能重疊只能交替，一個程序一直執行到呼叫系統服務或被中斷。保證互斥只需保證一個程序不被中斷
缺點：一長時間中斷禁止，中斷效率會降低。二不能用於多處理結構中
專用機器指令
用於保證訪問的原子性。1、比較和交換指令***compare and swap***、2、Exchange指令
機器指令方法的特點：
1、適合在單處理器或共享記憶體的多處理器上的任何數目的程序
2、非常簡單且易於證明
3、可用於支援多個臨界區，可用自己的變數定義
缺點
1、忙等待，程序等待進入臨界區，仍然會繼續消耗CPU的時間
2、可能飢餓，當需要等待程式進入時，某些可能被無限拒絕
3、可能死鎖，低優先順序的程序佔用高優先順序的程序所需的資源
訊號量實現方法
解決併發問題基本原理
兩個或多個程序可以通過簡單的訊號進行合作，一個程序可以被迫在某一個位置停止，直到它接到某一個特定的訊號。複雜的合作需求都可以通過適當的訊號結構完成。只需要一個特殊的變數***整數型***：稱為訊號量
訊號量的三個操作
1、訊號量s可以初始化成非負數
用於互斥：s=1
用於同步：s>=0
2、semWait***s***程序請求分配一個資源，操作使訊號量減1，若為負。程序阻塞。否則繼續執行
3、semSignal***s***程序釋放一個資源，操作使訊號量加1，若小於或等於0.則阻塞的程序被解除阻塞
訊號量的使用規則
1、semWait和seSignal必須成對出現
互斥時，位於同一程序，臨界區的前後
同步時，交錯出現在兩個合作程序內
2、多個seWait次序不能顛倒，否則可能導致死鎖
3、用於同步的semWait應出現在用於互斥的semSignal之前
4、多個semSigal次序可以任意
5、在程序對訊號量減1之前無法提前知道該訊號量是否會被阻塞
6、當程序對一個訊號量加1後。另一個程序會被喚醒，兩個程序繼續併發執行
7、在向訊號量發出訊號後，不需要知道是否有另一個程序在正在等待，被解除阻塞的程序數量或者沒有或者是1
管程實現方法
訊號量為實施互斥和程序間合作提供了強大靈活的工具，但存在難點。即semWait和semSignal操作可能分佈在整個程式中，很難看出整體效果，因此提出管程***Monitor***，一個程式設計語言結構，可以鎖定任何物件，提供與訊號量相同的功能，更易於控制
使用訊號的管程
定義：管程由一個或多個程序、一個初始化序列和區域性資料組成的軟體模組
特點：
1、區域性資料變數只能被管程的過程訪問，任何外部過程都不能訪問
2、一個程序通過呼叫管程的一個過程進入管程
3、在任何時候、只能有一個程序在管程中執行，呼叫管程的其他任何程式都被阻塞
管程的幾個要素
1、管程中的共享變數在外部不可見，只能通過管程內所說明的過程間接訪問
2管程必須互斥進入：管程中的資料變數每次只能被一個程序訪問，保證資料完整性
3、管程通常用來管理資源，應當沒有程序等待隊伍、相應的等待及喚醒
4、Q進去管程等待時，釋放管程互斥權，P進入管程，喚醒Q
P等待Q繼續，直到Q退出或等待
P等待Q繼續，直到P退出或等待
規定喚醒為程序中最後一個操作
利