互斥，同步，信号量，管程概述

本文为阅读操作系统原理及网上博客的笔记及自己的总结，以备查阅回顾

操作系统中，进程是占有资源的最小单位（线程可以访问其所在进程内的所有资源，但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源）。

互斥：多个进程不能同时使用同一个资源；竞争使用临界资源；导致死锁（两进程临界资源相互依赖却同时被占用），饥饿（有些进程永远执行不到）

同步：一个进程的执行受其他进程的影响，需要其他进程的某些内容作为继续执行的依据；

异步：两进程执行完全不相互影响；

通信：多个进程间交换信息；比如互斥的信息，同步的信息；

临界（互斥）资源：一次只允许一个进程使用的资源

临界区：进程中访问临界资源的代码段

进入区：检查临界资源，设置标志

退出区：恢复访问标识

剩余区：上述三区之外

互斥和同步并不对立，互斥也是一种同步；

实现进程互斥的同步机制准则：空闲让进，忙则等待，有限等待，让权等待

 

互斥实现的硬件方法：

1.       禁止中断，代价高，多CPU中对其他CPU不起作用

2.       专用机器指令

TS指令（Testand Set），类似酒店房间门口需打扫标志，有的，才可以进去打扫

描述函数：int ts(int lock)

{

Int ts =lock;

Lock=1;

Return ts;

}

Swap指令

增加了一个管理员老大爷，保管者唯一的钥匙，取到钥匙才可以进去（），用完退回老大爷

硬件方法的优点：适用范围广，简单，支持多临界区

缺点：会死等，有可能饥饿死锁

 

软件方法：

简单的设置一个标识是不妥当的，有可能同时进入需增加额外的标识，麻烦，且面对多进程时表述困难

信号量（信号灯 semaphore）引入：Dijkstra提出，（熟悉不，想想著名的Dijkstra算法）

是一个结构体，包含信号量的值与指向等待该信号的队列的指针

其由操作系统维护，用户只能初始化，与使用两原语（前面介绍过原语）

P原语：执行信号量减一，小于0，进程阻塞，插入等待队列

V原语：信号量加一，小于等于0，唤醒等待队列进程

注意，信号量不止表示资源的占用情况，还可以表示等待队列中进程的数目（信号量小于0时，其绝对值表示）

 

管程：

PV操作分散在多个进程中，管理不便，使用有可能不当

引入新的进程同步工具-----管程

其定义了一个包含资源的数据结构，和一组操作，能同步进程，改变数据（挺像C++的类的）

管程内部数据只由内部函数访问，函数分内外；外部函数（entry）是对外接口

管程每次只允许一个进程进入；故管程入口处有一入口等待队列

管程内部的唤醒，出现多个等待进程，组成紧急等待队列，优先级高于入口队列，且最新唤醒的先执行

管程的互斥访问由编译程序在编译时自动添加。是一个语言成分，是操作系统的固有成分

管程内部不同等待原因的变量c可以进行操作

cwaitn（c）操作：紧急等待队列有进程，调出执行第一个，否则释放管程互斥权，本进程进入c变量等待队列

csignal（c）操作：C非空，唤醒第一个等待进程，本进程进入紧急等待队列尾部