2.19管程

一，为什么要引入管程

为了实现进程的同步，互斥操作。我们引入了信号量机制。但信号量机制存在问题：我们编写程序困难，容易出错

于是为了方便实现进程的同步，互斥操作提出了管程

 

二，管程的定义和基本特征

1，管程的定义

回想进程同步，互斥过程：

1）有多个进程需要对临界资源这种共享资源的访问，

2）并且有P，V操作对其上锁解锁，

3）我们还需要对临界资源的值，互斥信号量进行初始化赋值

为了方便操作我们提出了管程，它是一种软件模块，所以它需要由一下部分组成：

1）局部于管程的共享数据结构说明

2）对数据结构进行操作的一组过程（函数）

3）对局部于管程的数据结构初始化的语句

4）管程的名字

2，管程的基本特征

1）局部于管程的数据只能被局部于管程的过程所访问

2）一个进程只有通过调用管程内的过程才能进入管程访问数据

3）每次只允许一个进程在管程内执行每个内部过程

 

 

三，用管程解决生产者消费者问题

//管程
monitor ProducerConsumer
    condition full,empty;//条件变量用来实现同步（排队）
    int count=0;//缓冲区中的产品数
    void insert(Item item){//把产品item放入缓冲区
        if(count==N)
            wait(full);//缓冲区满了，自动堵塞
        count++;
        inset_item(item);
        if(count==1)//如果这个产品放入缓冲区后，共有一个产品，则可能有消费者进程在等待
        signal(empty)//唤醒empty队列的队头消费者进程
    }
    Item remove(){
        if(count==0)//说明缓冲区中无产品
            wait(empty);//消费者进程自动堵塞，进入empty队列等候
        count--;
        if(count==N-1)//缓冲区有空闲了
        signal(full);//唤醒full队列中的生产者进程
    }
    end monitor;

//生产者进程
Producer(){
    while(1){
        item=生产的产品;
        ProducerConsumer.insert(item);
    }
}

//消费者进程
Producer(){
    while(1){
        ProducerConsumer.remove();
        消费产品item;
    }
}

 

由于每次只允许一个进程在管程内执行每个内部过程，所以由编译器负责实现各个进程互斥的进入管程的过程

总而言之，引入管程无非就是更方便地实现进程互斥和同步。

1）需要在管程中定义共享数据（如生产者消费者进程中的缓冲区）

2）需要在管程中定义用于访问这些数据的入口——其实就是一些函数（如生产者消费者进程中，可以定义一个函数将产品放入缓冲区，在定义一个函数将产品从缓冲区取出）

3）只有通过这些特定的入口才能访问数据

4）管程中有很多入口（函数），但是每次只能开放一个入口（函数），并且只让一个进程进入，这样就实现了进程的互斥。这种特性由编译器实现程序员不需要关心

5）可以在管程中设置条件变量和等待/唤醒操作来解决同步问题。可以让一个进程或者线程在条件变量上等待（此时，该进程应该释放管程的使用权，也就是让出函数入口）；可以通过唤醒操作将等待在变量上的进程或线程唤醒

 

 

 

四，java中类似于管程的机制

 

java中，如果使用关键字synchronize来描述一个函数，那么这个函数同一时间只能被一个进程调用

static class monitor{
    private Iteam buffer[] = new Item[N];
    private int count=0;
    
    public synchronize void insert(Item item){
        .......
    }
}