1 进程同步与互斥

1.1 进程同步

主要是为了解决进程异步问题管理多个进程的运行，为了使多个进程能够有条不紊地运行。

进程同步机制主要任务：对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的诸进程之间能按一定规则（或时序）共享系统资源，并能很好地相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。

1.2 进程互斥

进程互斥：当前一个进程访问某源时，另外一个要访问该临界资源的进程必须要等待。

• 临界资源：一段时间内只允许一个进程访问的资源，比如物理设备（摄像头、打印机）和某些变量、数据、内存缓冲区都是临界资源。
• 对临界资源的访问必须互斥地进行。

对临界资源的访问过程可分为4个部分：

>临界区：进程访问临界资源的那段代码
进入区、退出区：实现进程互斥的那段代码段

1.3 进程同步机制遵循的原则

1. 空闲让进：临界区空闲时，可以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时，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，应确保能在有限时间内进入临界区，不会产生饥饿现象；
4. 让权等待：当进程不能进入临界区时，应立即释放处理器，防止进程忙等待。

1.3 进程同步、互斥小结

2 进程互斥实现方法

2.1 互斥的软件实现方法

2.1.1 单标志法

算法思想：两个进程在访问完临界区后会把使用临界区的权限交给另一个进程。也就是说每个进程进入临界区的权限只能由另一个进程赋予。

1. 优点：可以实现同一时间内最多只允许一个进程访问临界区。两个进程必须是交替进入临界区。
2. 局限性：违背了空闲让进原则，若某个进程不再进入临界区，另外进程也无法进入临界区，很容易造成资源利用不充分。

2.1.2 双标志法先检查

算法思想：每个进程访问临界区资源之前，先查看临界资源是否正被访问，若被访问，该进程需等待，否则，进程才进入自己的临界区。

先检查对方进程状态，再置自己标志

1. 优点：不用交替进入，可连续使用
2. 局限：两个进程可能同时进入临界区，违背忙则等待原则

2.1.3 双标志法后检查

先设置自己标志，再检查对方进程状态

局限：不遵循空闲让进，有限等待，容易导致双方谦让，从而谁也无法进入临界区，产生“饥饿”现象

2.1.4 Peterson算法

算法思想：是单标志法和双标志法后检查的综合

局限：不遵循让权等待，会发生忙等

2.1.5 互斥的软件实现方法小结

2.2 互斥的硬件实现方法

2.2.1 中断屏蔽法

利用“开/关中断指令”实现（与原语的实现思想相同，即在某进程开始访问临界区到结束为止都不允许中断，即不能发生进程切换，因此不可能发生两个进程同时访问临界区的情况）

1. 优点：简单、高效
2. 局限：不适用多处理机；只适用操作系统内核进程。不适用用户进程

2.2.2 TestAndSet指令

简称TS指令或TSL指令，用硬件实现，执行过程不许间断，只可一气呵成。

1. 优点：实现简单、适用于多处理环境
2. 缺点：不满足“让权等待”原则，暂时无法进入临界区的进程会占用CPU并循环执行TSL指令，并会导致"忙等"

2.2.3 Swap指令

也称Exchange指令，简称XCHG指令
用硬件实现，执行过程中不允许间断，只可一气呵成

1. 优点：实现简单，适用多处理机环境
2. 缺点：不满足“让权等待”原则，暂时无法进入临界区的进程会占用CPU并循环执行TSL指令，并会导致"忙等"

2.2.4 互斥硬件实现方法小结