操作系统中的进程/线程互斥

在操作系统中，不同的进程和线程之间涉及到一个重要的问题就是互斥，即保证对共享数据的正确修改。

基本的思想就是避免多余一个进程或线程（后面统一用进程来代替）同时读写共享数据。

为了解决这个问题，有很多的想法，为了方便说明各自的问题，按照《现代操作系统》中的思路来叙述。

首先是想到的控制进程的执行顺序，提出了两个方法：一个是严格轮转法，一个是Peterson算法。

严格轮转法就是让进程挨个按序执行，进程0做完了让给进程1，依次下去；缺点就是有忙等待，而且进程0可能会被不在临界区的进程1阻塞（因为两个轮流来）；

Peterson算法不再严格轮转，不同进程调用的代码相同，传入各自的进程号来争抢，争抢到的一方可以进入临界区；

除了上述软件上的方法，还提出了一个硬件解决方法，设置一个TSL指令，该指令是原子操作（该操作完成前不允许其他指令访问该内存地址），完成测试和设置内存值的操作。这样可以避免出现两个进程同时修改，然后可利用该内存字来仲裁应该调度哪个进程。

上述方法（其实我觉得TSL使用好了不会）都会导致忙等待的问题，而忙等待会导致出现优先级反转（优先级高的等待优先级低的离开临界区，而优先级低的不能被调度离开临界区）。

为了解决忙等待的问题，又提出了增加wakeup和sleep的方法，即典型的生产者-消费者问题；简单的模型存在wakeup或sleep信号丢失，导致进程不能醒来或睡眠的问题。

然后引入了信号量，信号量要求：检查、修改和唤醒/睡眠操作是一个整体的原子操作，这样避免信号丢失的问题；

信号量其实有两个用法，一个是用来做信号量的计数，一个是用来互斥（当为某个值时会让进程睡眠，当为其他值让进程继续）；

如果简化地使用信号量，即不使用它的计数功能，只是用互斥，那么可以一个0或1的”互斥信号量“，这样可以用来支持是否让进程睡眠。

整体上看，由硬件支持的原子操作是非常必须的，只有这样才能真正保证”有效地“（忙等待效率不高）实现进程间互斥，使得进程不会同时修改共享数据。