4、进程同步：进程同步的概念和同步原则，临界资源和临界区的概念，信号量及其应用，经典进程同步问题

进程同步的概念

临界资源：许多硬件资源如打印机、磁带机等，都属于临界资源(CriticalResouce)临界区：人们把在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(critical section)repeat    entry section    critical section；    exit section     remainder section；until false；while(TRUE){    进入区    临界区    退出区    剩余区}

同步机制应遵循的规则（同步原则）

    空闲让进：当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区，以有效地利用临界资源；    忙则等待：当已有进程进入临界区时，表明临界资源正在被访问，因而其它试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。    有限等待：对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。    让权等待：当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”状态。

硬件同步机制

1、关中断：进程在临界区执行期间，计算机系统不响应中断，从而不会引发调度。2、Test-and-Set：原子操作（原语）3、Swap上述硬件指令能有效实现进程互斥，但当临界资源忙碌时，其他进程处于忙等状态，不符合“让权等待”

信号量机制

整型信号量 、记录型信号量、信号量集

整型信号量

  把整型信号量定义为一个用于表示资源数目的整型量S  除初始化外，仅能通过两个标准的*原子操作*(Atomic Operation) wait(S)和 signal(S) 来访问  在整型信号量机制中的wait 操作，只要是信号量 S≤0，就会不断地测试。因此，该机 制并未遵循“让权等待”的准则------》记录型信号量

记录型信号量

采用了记录型的数据结构增加一个进程链表指针 L，用于链接上述的所有等待进程。

type semaphore =                    record                         value: integer；                        L: list of process；                    end    procedure wait(S)                 var S：semaphore；                 begin                     S.value:=S.value-1；                    if S.value<0 then block(S.L)；                end    procedure signal(S)                 var S: semaphore；                 begin                     S.value:=S.value+1；                     if S.value<=0 then wakeup(S.L)；                end

wait中“if S.value<0”表示资源不足 ，则进程进行变成阻塞状态，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L中。signal中“if S.value<=0” 表示依然有因为没有得到资源而阻塞的进程，故“wakeup(S.L)”唤醒进程。

AND型信号量

（一个进程需要先获得两个或更多的共享资源后方能执行其任务） Swait(Simultaneous wait)

信号量集

原因：1、出现需要N 个某类临界资源的情况     2、在有些情况下，为了确保系统的安全，当资源数量低于某一下限值时，便不予以分配。方法：对AND信号量机制加以扩充，形成一般化的“信号量集” 机制。

信号量的应用

1．利用信号量实现进程互斥

semaphore mutex = 1；    Pa(){        while{            wait(mutex)；            critical section            signal(mutex)；            remainder seetion        }    }    Pb(){        while{            wait(mutex)；            critical section            signal(mutex)；            remainder seetion        }    }

2．利用信号量实现前趋关系

cobegin 和 coend 与 parbegin 和parend 一样 都是并发进程，并行开始、并行结束的意思。

P1(){S1;sign(a);sign(b)}P2(){wait(a);S2;sign(c);sign(d);}P3(){wait(b);S3;sign(e);}P4(){wait(c);S4;sign(f);}P5(){wait(d);S5;sign(g);}P6(){wait(e);wait(f);wait(g);S6}main(){    semaphore a,b,c,d,e,f,g;    a = b = c = d = e = f = g = 0;    cobegain        P1();P2();P3();P4();P5();P6();    coend}

管程机制(Monitors)