一、什么是進(jìn)程同步？

二、什么是進(jìn)程互斥？

臨界資源：一個(gè)時(shí)間段內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界資源的互斥訪問，同時(shí)保證系統(tǒng)整體性能，需要遵循以下原則：

空閑讓進(jìn)。臨界區(qū)空閑時(shí)，可以允許一個(gè)請(qǐng)求進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程立即進(jìn)入臨界區(qū)；

忙則等待。當(dāng)已有進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，其他試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待；

有限等待。對(duì)請(qǐng)求訪問的進(jìn)程，應(yīng)保證能在有限時(shí)間內(nèi)進(jìn)入臨界區(qū)（保證不會(huì)饑餓）；

讓權(quán)等待。當(dāng)進(jìn)程不能進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，應(yīng)立即釋放處理機(jī)，防止進(jìn)程忙等待。

注意：
5. 進(jìn)程同步也可以說是進(jìn)程之間的直接制約（合作）關(guān)系：因?yàn)檫M(jìn)程之間是有直接的合作的，需要進(jìn)程之間進(jìn)行相互配合，各進(jìn)程的工作推進(jìn)需要遵循一定的先后順序
6. 進(jìn)程互斥也可以說是進(jìn)程之間的互斥制約（合作）關(guān)系：因?yàn)檫M(jìn)程之間并沒有直接的合作關(guān)系，他們之間只是想要互斥的使用某種系統(tǒng)的臨界資源，所以才會(huì)產(chǎn)生這種制約關(guān)系

三、信號(hào)量機(jī)制

用戶進(jìn)程可以通過使用操作系統(tǒng)提供的一對(duì)原語來對(duì)信號(hào)量進(jìn)行操作，從而很方便的實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程互斥、進(jìn)程同步。

信號(hào)量其實(shí)就是一個(gè)變量（可以是一個(gè)整數(shù)，也可以是更復(fù)雜的記錄型變量），可以用一個(gè)信號(hào)量來表示系統(tǒng)中某種資源的數(shù)量，比如：系統(tǒng)中只有一臺(tái)打印機(jī)，就可以設(shè)置一個(gè)初值為1的信號(hào)量。

原語是一種特殊的程序段，其執(zhí)行只能一氣呵成，不可被中斷。原語是由關(guān)中斷/開中斷指令實(shí)現(xiàn)的。軟件解決方案的主要問題是由“進(jìn)入?yún)^(qū)的各種操作無法一氣呵成”，因此如果能把進(jìn)入?yún)^(qū)、退出區(qū)的操作都用“原語”實(shí)現(xiàn)，使這些操作能“一氣呵成”就能避免問題。

一對(duì)原語：wait（S）原語和signal（S）原語，可以把原語理解為我們自己寫的函數(shù)，函數(shù)名分別為wait和signal，括號(hào)里的信號(hào)量s其實(shí)就是函數(shù)調(diào)用時(shí)傳入的一個(gè)參數(shù)。
wait、signal原語常簡稱為P、V操作（來自荷蘭語proberen和verhogen）。因此，做題的時(shí)候常把wait（S）、signal（S）兩個(gè)操作分別寫為P（S）、V（S）

1）整型信號(hào)量

2）記錄型信號(hào)量

進(jìn)入wait原語時(shí)：
S.value 先進(jìn)行了-1操作，如果S.value的值在經(jīng)過-1操作之后 < 0，則說明原本的S.value的值是<=0的，而S.value的數(shù)值其實(shí)就代表著資源的數(shù)量，所以資源的數(shù)量是 <= 0, 則需要使用block原語來使該進(jìn)程由運(yùn)行態(tài)進(jìn)入阻塞態(tài)，并掛到信號(hào)量S的等待（阻塞）隊(duì)列中。

進(jìn)入signal原語時(shí)：
S.value 先進(jìn)行了+1操作，如果S.value的值在經(jīng)過+1操作之后 <= 0，則說明原本的S.value的值是<= -1的，而此時(shí)的S.value的數(shù)值的絕對(duì)值可以理解為等待隊(duì)列中的進(jìn)程數(shù)量，所以等待隊(duì)列中的進(jìn)程數(shù)量是 >= 1的, 則需要使用wakeup原語來喚醒等待隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程（即位于隊(duì)頭的進(jìn)程），讓該進(jìn)程從阻塞態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)。

四、用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥

為什么要把互斥信號(hào)量mutex的初值設(shè)置為1？
答：信號(hào)量的初值其實(shí)表示的是系統(tǒng)中某種資源的數(shù)量，而臨界區(qū)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)也只能運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程對(duì)它進(jìn)行訪問，所以我們可以把臨界區(qū)也理解成一種特殊的資源，并且這個(gè)資源只有一個(gè)，也就是說臨界區(qū)只能被分配給一個(gè)進(jìn)程使用。只有這個(gè)進(jìn)程釋放了這個(gè)臨界區(qū)資源之后，才能被其他進(jìn)程訪問。

在臨界區(qū)之前執(zhí)行P（mutex）

在臨界區(qū)之后執(zhí)行V（mutex）

P、V操作必須成對(duì)出現(xiàn)。缺少P（mutex）就不能保證臨界資源的互斥訪問。缺少V（mutex）會(huì)導(dǎo)致資源永不被釋放，等待進(jìn)程永不被喚醒。

五、用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步

設(shè)置同步信號(hào)量S，初值為0

在“前操作”之后執(zhí)行V（S）

在“后操作”之前執(zhí)行P（S）

六、用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)前驅(qū)關(guān)系

對(duì)于前驅(qū)圖的理解：只有S1執(zhí)行完之后，才能執(zhí)行S2、S3。而只有S2執(zhí)行完之后，才能執(zhí)行S4、S5。剩下的以此類推。。。

其實(shí)，前驅(qū)關(guān)系可以看作是多層的同步關(guān)系

記住：

互斥問題，信號(hào)值初值為1（互斥訪問臨界區(qū)）

同步問題，信號(hào)值初值為0（進(jìn)程間相互配合工作，遵循一定的先后順序）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的二、操作系统——用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系（详解）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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