操作系统--进程的互斥与同步
操作系统--进程的互斥与同步
进程互斥
竞争资源（临界资源）
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当并发进程竞争使用同一资源时，他们之间就会发生冲突。如果操作系统将资源分配给其中的某一个进程使用，另一个进程就必须等待，直到申请的资源可用时，由操作系统分配给他们。
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如果竞争资源的进程太多，这些进程还必须等待在一个队列中，如就绪队列，阻塞队列等。
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一种极端的情况是，被阻塞进程永远得不到申请的资源，而死锁。
采用互斥方式，使用临界资源
资源的互斥，进程使用上述这类资源的时候，只能有一个进程对资源进行处理。下面是临界区的使用图和注解。
进程同步
进程同步和互斥的解决方法
互斥与同步的解决方法--软件方法
控制p0，p1互斥的进入临界区。
while循环为进入区应该做的事情。当不符合条件的时候，进行do{nothing}操作。
使用软件解决方法，有一个公认的比较好的算法，为Dekker算法。下面是Dekker算法介绍。
Dekker算法介绍：
上面是Dekker算法的伪代码，还有p0进程的执行流程图。
互斥与同步的解决方法--硬件方法
硬件方法包括屏蔽中断和专用机器指令。
屏蔽中断：
由于进程切换需要依赖中断来实现，如果屏蔽中断，则不会出现进程切换。
因此，为了实现对临界资源的互斥使用，可以在进程进入临界区之前，屏蔽中断。当进程退出临界区时，打开系统中断。这样就实现了同步和互斥的问题的解决。
专用机器指令：
(指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言)
利用一些专用机器指令也能实现互斥，机器指令在一个指令周期内执行，不会受到其他指令的干扰，也不会被中断。
下面就是一个使用机器指令的例子：
（左边为机器指令方法，右边为实现代码）
互斥与同步的解决方法--信号量
信号量方法，就是用一个信号量来控制进程之间的使用。（就像是交通中的红路灯（信号量）与汽车之间的关系和作用）
信号量的类型（count）：
互斥信号量：用于申请或者释放资源的使用权，常初始化为1.
资源信号量：用于申请或者归还资源，可以初始化为大于1的正整数，表示系统中可用资源的个数。（比如说，我有多个显示屏，那么就可以使用count表示显示屏的个数。）
信号量的操作：wait和signal（操作系统中，用系统调用的形式来提供wait和signal原语）
s.conut为为信号量
wait为申请资源 （优先于signal）
signal为释放资源 （滞后于wait）
下面是wait，signal操作的伪代码：
信号量的使用例子：
根据上面的信号量，我们可以总结出信号量的物理意义：
互斥与同步的解决方法--管程
管程是一种在程序设计级控制进程互斥与同步的机制，具有信号量的功能，且更容易使用和控制。
管城只要用于面向对象程序设计。
消息传递同步操作原语：
两个进程之间的通讯，需要一些操作。我们使用操作系统提供的原语来完成这些操作。
send原语：发送消息
receive原语：接受消息，如果没有消息可以接受，那么则等待。
常用的进程通讯：
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基于共享存储区的方法
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邮箱的方式
分别介绍：
基于共享存储区的方式：
通讯的双方是基于共享存储区来通讯的。这个共享数据区属于每个相互通讯的进程的组成部分。然后通讯之间向里面存储数据，提取数据。
邮箱方式：
只要保证邮箱中，只有一个消息，那么就可以实现消息之间的互斥这样，就保证了进程之间的互斥。
