进程管理 三 同步与互斥问题

同步与互斥

多道程序环境下，进程并发执行，不同进程之间存在不同的相互制约关系。
同步——直接制约关系
互斥——间接制约关系

临界区互斥的实现方法

软件实现方法

单标志法

标志turn用于指示允许进入临界区的进程。

双标志先检查法

双标志后检查法

Peterson算法

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硬件实现方法

通过硬件支持实现临界互斥问题的方法称为低级方法，或称元方法。

中断屏蔽方法

TestAndSet指令

Swap指令

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硬件方法的优点：适用于任意数目的进程，而不管是单处理机还是多处理机；简单、容易验证其正确性。可以支持进程内有多个临界区，只需为每个临界区设立一个布尔变量。

硬件方法的缺点：进程等待进入临界区时需要耗费处理机时间，不能实现“让权等待”；从等待进程中随机选择一个进入临界区，有的进程可能一直选不上，导致“饥饿”现象。

互斥锁

解决临界区问题最简单的工具就是互斥锁（mutex lock）。一个进程在进入临界区时应该获得锁，在退出临界区时释放锁。
available：布尔变量，指示锁是否可用。
acquire()：获得锁。当锁是可用的（available = true），成功获得锁（设置available = false）
release()：释放锁。设置available = true

acquire()和release()操作必须是原子操作（即硬件实现的），当有一个进程在临界区内时，其他进程在进入临界区时必须循环调用acquire()。当多个进程共享同一CPU时，就浪费了CPU周期。因此，互斥锁常用于多处理机系统，一个线程可以在一个处理机上忙等，不影响其他线程的执行。

信号量机制

整型信号量

记录型信号量

信号量操作实现互斥\同步\前驱

前V，P后

经典同步问题

生产者-消费者问题

多生产者-多消费者问题

抽烟者问题

读写问题

哲学家进餐问题

管程

死锁

预防死锁

避免死锁

死锁的检测和解除