操作系统（四）：进程同步

进程同步

一：概念

异步环境下一组并发进程因为直接制约而互相发送消息，互相合作，互相等待是的，使得各进程按一定的速度执行的过程。
同步机制主要任务：执行次序上对多个协作进程进行协调，使并发执行的诸多协作进程之间能按照一定的规则（时序）共享系统资源，并良好相互协作，是的程序的执行有可再现性。

两种形式的制约关系
1.间接相互制约关系（互斥关系）
多线程环境下，并发执行的进程之间会形成相互制约关系。
2.直接相互制约关系（同步关系）
应用程序为了完成某项任务，会建立多个进程，这些进程为了完成统一任务而相互合作

临界资源&&临界区
1.进程在使用某些资源时需要采用互斥方式，这些资源称为临界资源（既可以是硬件资源又可以是软件资源）。
2.临界资源是多个进程必须互斥地对它们进行访问，我们把每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。
临界区上面的检查代码称为进入区。
临界区下面的代码称为退出区。

访问临界资源需要遵循的原则
1.空闲让进
临界区空闲时，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区
2.忙则等待
当已有进程进入临界区，其他试图进入临界区的进程必须等待
3.有限等待
对请求访问的进程，应保证能在有限时间内进入临界区（保证不会饥饿）
4.让权等待
进程不能进入临界区，应当立即释放处理机，防止进程忙等待

进程互斥的软件实现方法

1.单标志法
思想：一个进程访问完临界区后会把使用临界区的权限交给另一个进程，即每个进程是否能进入临界区的权限只能被另一个进程赋予。
代码实现如下：

存在的问题：
P0进程进入之后，在修改P0位ture之前，
如果此时切换到P1，P1检查没有别的进程想进入临界区，P1也会改为true，导致两个进程都为ture，同时访问，违背了忙则等待原则。
注意：出现这种情况的原因是检查和上锁不是一体的。

3.双标志后检查法
思想：双标志先检查版的改版，先上锁后检查，谁想进谁直接将自身改为true，不关系其他进程，改为true后，再检查有没有其他进程想访问。
代码实现：

流程步骤举例：
1.P0想进入，P0改为true；
2.P1想进入，P1改为true；
3.切换到P0，检查前，让给对方（将trun改为1），检查发现，P1true且trun1，P0死等到时间片到
4.切换到P1，检查前，让给对方（trun改为0），检查发现，P0true且trun0，P1死等到时间片到
5.切换到P0，检查发现，turn！=1，向下执行，访问临界区。

所以我们发现，Peterson算法解决了空闲让进，忙则等待，有限等待三个原则，但违背了让劝等待原则（发生忙等）。

我们可以发现，利用软件进行进程同步似乎都或多或少有点问题，而且也有点难度，那么有没有更好一点的解决方式呢br> 答案很显然是有的，接下来我们了解硬件同步机制。

硬件同步机制

1.中断屏蔽方法
利用开/关中断指令实现，与原语思想相同，即某进程开始访问临界区到结束访问为止都不允许被中断，也就不能发生进程切换，因此也不可能出现两个进程同时访问临界区的情况。
缺点：
1.不适用多处理机；只适用于内核进程，不适用于用户进程。
2.滥用可能会导致严重后果

2.TestAndSet指令（TS指令）
又称TestAndSetLock指令（TSL指令）
TSL指令是用硬件实现，执行过程中不允许被中断
实现代码如下：

当lock为false（无进程访问临界区时），才可以跳出循环，访问临界区

缺点：不满足让权等待原则。

信号量机制

一：为什么要学信号量机制br> 我们上面了解到了进程互斥的四种软件实现方法，三种硬件实现方法都无法实现让劝等待，也就是进程无法进入临界区时，会占用处理机一直循环（我们理想情况是直接切换进程，而不是一直循环），
信号量机制就可以为我们解决这个问题。

二：什么是信号量机制
原理：为实现进程的互斥与同步，多个进程通过相互传递信号进行合作，迫使某个进程收到信号自动暂停执行（阻塞等待），直到它收到唤醒信号。

三：信号量
1.整形信号量
最初整形信号量定义为一个用于表示资源数目的整形量S，但是与一般整形量不同，除了初始化，还可以通过两个标准的原子操作来访问—wait（S），singal（S）。
实现如下：

我们一般称原语的简写为：
Wait（S）—P操作P（S）
Signal（S）—V操作V（S）
如果你学过并发编程中的AQS，或者Semaphore，相信会更好理解这个概念。

信号量实现进程互斥，同步，前驱关系

一：信号量机制实现进程互斥
设互斥信号量为mutex，初值为1，实现如下：

3.信号量机制实现前驱关系

总结

生产者消费者等问题，后面会更，先把知识点更了，后面读者什么的也会更。

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来源：左灯右行的爱情